压电材料
压电材料
n ⑵压电陶瓷： 压电陶瓷的压电效应机理与石英晶体大不相同，未经极
化处理的压电陶瓷材料是不会产生压电效应的。压电陶瓷经极化处理后， 剩余极化强度会使与极化方向垂直的两端出现束缚电荷（一端为正，另一 端为负），由于这些束缚电荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外界 的自由电荷，并使整个压电陶瓷片呈电中性。当对其施加一个与极化方向 平行或垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚电荷层的间距 变小，一端的束缚电荷对另一端异号的束缚电荷影像增强，而使表面的自 由电荷过剩出现放电现象。当所受到的外力是拉力时，将会出现充电现象。
点燃可燃气体
（2）点火器结构和工作原理 点火器种类繁多，现以家用压电点火 器为例说明它的结构和工作原理。
如图所示的点火器，可固定在家 用灶具上点燃煤气，转动凸轮开关1
三 压电材料的应用
• 在打火机、煤气灶、燃气热水器等用具上都可以 见到它的踪影。
三 压电材料的应用
三 压电材料的应用
压电振动 压
压电材料
一 认识压电材料
压电材料有哪些： • (1) 天然晶体 ：石英 .电气石 • (2) 人工陶瓷：pbTiO3 PZT（锆钛酸铅） • (3) 高分子材料：PVDF（聚偏氟乙烯）
二 压电效应
• 所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生 形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反 之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆 压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在 与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转 换、传感、驱动、频率控制等功能。
• 图石英晶体的外形 (a)天然石英晶体；
• (b)人工石英晶体； • (c)右旋石英晶体理想外形
三 压电材料的应用
• 由于压电效应具有两方面的特征所以其应用也分 为两方面
压电材料
反之，当材料在电场作用下，发生电 极化时，则会产生应变，其应变值的 大小与所加电场的强度成正比，其符 号取决于电场的方向，这种现象称逆 压电效应。 具有压电效应的材料叫做压电材料， 因此，通过压电材料可将机械能与电 能相互转换。
正压电效应的应用主要用于燃气点火器， 如燃气灶、燃气打火机等的点火系统。 基本工作原理为：由外力压缩一个弹簧， 压到顶点后释放，弹簧力推动一个重锤打 击压电陶瓷柱产生一数千伏的高压火花， 点燃可燃气体。
㈡ 压电半导体：常用的有Ⅱ－Ⅵ 族化合物如 CdS、CdSe、ZnO、 ZnS。Ⅲ－Ⅴ族化合物如：GaAs、 GaSb、InAs等。
㈢ 压电陶瓷：压电陶瓷多晶材料 比压电晶体材料更便宜，但易于老 化。目前，最常用的压电陶瓷有钛 酸钡（是第一个被发现的可以用于 制造陶瓷的铁电材料）、钛酸铅、 锆钛酸铅（这是PbTiO3和PbZrO3 组成的二元固溶体）。
③压电打火机 现在煤气灶上用的一种 电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。 只要用手指压一下打火按钮，打火机上的 压电陶瓷就能产生高电压，形成电火花而 点燃煤气，可以长久使用。所以压电打火 机不仅使用方便，安全可靠，而且寿命长， 例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机 可压电 陶瓷做成的护目镜后，当核爆炸产生的光 辐射达到危险程度时，护自镜里的压电陶 瓷就把它转变成瞬时高压电，在1/1000 s里， 能把光强度减弱到只有1/10000，当危险光 消失后，又能恢复到原来的状态。这种护 目镜结构简单，只有几十克重，安装在防 核护目头盔上携带十分方便。
压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很 小，最多不超过本身尺寸的千万分之一， 别小看这微小的变化，基于这个原理制做 的精确控制机构－－压电驱动器，对于精 密仪器和机械的控制、微电子技术、生物 工程等领域都是一大福音。
压电材料、原理、应用
前景和未来发展趋势
随着科技的不断进步，压电材料的应用前景广阔。未来的发展方向包括更高 灵敏度的传感器、更小尺寸的压电材料和更多创新的应用领域。
常见的压电材料
压电陶瓷
如铅锆钛酸钡陶瓷，具有良好的压电性能和稳定性。
压电聚合物
如聚乙烯偏氟乙烯，具有高灵敏度和柔性。
压电单晶
如石英和锂钽酸铌，具有优异的压电性能和热稳定性。
压电材料在传感器中的应用
1
压力传感器
利用压电材料的压电效应测量压力变
加速度传感器
2
化，广泛应用于工业、医疗和汽车领 域。
通过压材料的压电效应测量物体的
水下声纳
利用压电材料的压电效应发射 和接收声波，用于水下通信、 探测和导航。
压电材料在电子器件中的应用
压电陶瓷谐振器
利用压电材料的谐振特性产生稳定的频率，用于振荡电路和时钟系统。
压电陶瓷变压器
利用压电材料的能量转换特性实现高效率的电能转换和传输。
压电陶瓷马达
通过控制电压和频率实现精确的机械运动，用于精密定位和控制。
加速度，用于惯性导航、运动检测和
震动监测。
3
应变传感器
利用压电材料的压电效应测量结构物 的应变，用于结构健康监测和材料疲 劳性能评估。
压电材料在声波和超声波领域的应用
超声波成像
声波发生器
利用压电材料的压电效应产生 和接收超声波，用于医学成像、 材料检测和非破坏性测试。
通过施加电压激励压电材料， 产生声波用于通信、测距和声 音发生。
压电材料、原理、应用
压电材料可以通过压电效应将机械能转换为电能，或者将电能转换为机械能。 它们在各种领域中发挥着重要作用。
压电材料的定义
压电材料的种类
压电材料的种类
压电材料是一类特殊的功能材料，它们在受到外力作用下会产生电荷分离，从而产生电势差，这种现象称为压电效应。
常见的压电材料包括：
1.水合硅酸铅（PZT）：水合硅酸铅是一种具有优异压电性能的陶
瓷材料，广泛应用于声波传感器、声发射器、振动驱动器和压电陶瓷换能器等领域。
2.喷涂锆钛酸铅（PZT）：喷涂锆钛酸铅是一种薄膜压电材料，可
通过喷涂技术在基底上制备成薄膜形式。
它具有较高的压电性能和灵活性，适用于柔性传感器、微型设备和电子元件等应用。
3.聚偏氟乙烯（PVDF）：聚偏氟乙烯是一种聚合物压电材料，具有
良好的柔韧性和耐腐蚀性。
它广泛应用于压电传感器、柔性电子器件、生物医学器械和能量收集等领域。
4.钨青铜（WZ）：钨青铜是一种金属压电材料，具有高压电系数
和良好的稳定性。
它常用于高频压电换能器、共振器和电声器件等领域。
5.锌氧化物（ZnO）：锌氧化物是一种半导体压电材料，具有较高
的压电系数和可调的性能。
它广泛应用于压电传感器、声波滤波器、声波发射器和压电驱动器等领域。
除了以上列举的压电材料，还有其他一些材料，如锆酸钛钽酸钠（ZTNT）、聚乙烯二氟乙烯（P(VDF-TrFE)）、聚乙烯四氟乙烯（P(VDF-TFE)）等，也被用作压电材料。
每种压电材料都具有不同的特性和应
用领域，根据具体的应用需求选择合适的材料是很重要的。
常用的压电材料有哪些
常用的压电材料有哪些
首先，陶瓷压电材料是最常见的一类压电材料。
它们具有优良的压电性能和稳
定的物理化学性质，广泛应用于压电换能器、压电传感器、压电陶瓷滤波器等领域。
常见的陶瓷压电材料包括PZT（铅锆钛瓷）、PZN-PT（铅锆镍钛瓷）等，它们具
有较高的压电系数和良好的稳定性，是目前应用最为广泛的压电材料之一。
除了陶瓷压电材料，聚合物压电材料也是一类重要的压电材料。
相较于陶瓷材料，聚合物压电材料具有更好的柔韧性和可塑性，可以制备成各种形状的压电器件，具有广阔的应用前景。
常见的聚合物压电材料包括PVDF（聚偏氟乙烯）、
P(VDF-TrFE)（聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物）等，它们具有良好的压电性能和优异的机械性能，适用于柔性压电器件的制备。
此外，无机-有机复合压电材料也是近年来备受关注的一类新型压电材料。
它
们将无机和有机相结合，兼具无机材料的高压电性能和有机材料的柔韧性，具有很高的应用潜力。
常见的无机-有机复合压电材料包括钙钛矿-聚合物复合材料、铁电-聚合物复合材料等，它们不仅具有优异的压电性能，还具有良好的可加工性和可塑性，适用于柔性电子器件的制备。
总的来说，常用的压电材料包括陶瓷压电材料、聚合物压电材料和无机-有机
复合压电材料。
它们各具特点，在不同的应用领域有着广泛的应用。
随着科技的不断进步和压电材料研究的深入，相信将会有更多新型的压电材料涌现，为现代科技的发展带来新的动力和可能性。
常用的压电材料有哪些
常用的压电材料有哪些
压电材料是一类特殊的功能材料，它们能够在外加电场或机械应力的作用下产
生电荷，或者在外加电场的作用下发生形变。
常用的压电材料主要包括晶体压电材料、陶瓷压电材料和聚合物压电材料。
首先，晶体压电材料是一类具有压电效应的晶体材料，其中最常见的是石英和
氧化锆。
石英是一种广泛应用的压电材料，它具有良好的压电性能和稳定性，可用于制造压电陶瓷、压电传感器和压电换能器。
氧化锆具有高的压电系数和良好的热稳定性，常用于制造高频压电谐振器和压电换能器。
其次，陶瓷压电材料是一类以陶瓷为基体的压电材料，常见的有钛酸锆、钛酸
钡和铅锆钛酸盐等。
钛酸锆具有优良的压电性能和热稳定性，可用于制造压电陶瓷元件和压电换能器。
钛酸钡是一种典型的铅骨架钙钛矿型压电陶瓷，具有高的压电系数和优良的机械性能，常用于制造压电陶瓷谐振器和滤波器。
铅锆钛酸盐是一种重要的多相压电陶瓷材料，具有优良的压电性能和机械性能，可用于制造压电换能器和压电陶瓷元件。
最后，聚合物压电材料是一类以聚合物为基体的压电材料，常见的有聚偏氟乙
烯（PVDF）和其共聚物。
PVDF是一种具有良好压电性能和柔韧性的聚合物材料，可用于制造压电传感器、压电换能器和压电陶瓷元件。
其共聚物是一种具有高压电性能和优良机械性能的聚合物材料，常用于制造柔性压电传感器和压电换能器。
综上所述，常用的压电材料主要包括晶体压电材料、陶瓷压电材料和聚合物压
电材料。
这些材料在电子、通信、医疗等领域具有重要的应用价值，对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。
希望本文所介绍的压电材料能够对相关领域的研究和应用提供一定的参考和帮助。
压电材料的研究和应用现状
压电材料的研究和应用现状一、本文概述压电材料是一类具有独特物理性质的材料，它们能在机械应力作用下产生电荷，或者在电场作用下发生形变。
这一特性使得压电材料在众多领域，如传感器、执行器、能量转换和收集等方面具有广泛的应用前景。
本文旨在全面概述压电材料的研究和应用现状，分析其在不同领域中的优势和局限性，并探讨未来可能的发展方向。
我们将回顾压电材料的基本理论和性质，包括压电效应的起源、压电常数等关键参数的定义和测量方法。
然后，我们将重点关注压电材料的主要类型，如压电晶体、压电陶瓷、压电聚合物等，介绍它们的制备工艺、性能特点以及适用场景。
接着，我们将深入探讨压电材料在传感器和执行器领域的应用。
在这一部分，我们将分析压电材料如何被用于制作压力传感器、加速度计、振动能量收集器等设备，并讨论其在实际应用中的优势和挑战。
我们还将关注压电材料在能源领域的应用，如压电发电和压电储能等。
我们将展望压电材料的未来发展趋势。
在这一部分，我们将讨论新型压电材料的开发、性能优化以及新应用场景的拓展等问题，并探讨压电材料在未来可能带来的技术革新和产业变革。
通过本文的阐述，我们希望能为读者提供一个全面而深入的压电材料研究和应用现状的概览，为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。
二、压电材料的分类压电材料，作为一种具有压电效应的特殊材料，可以根据其组成和性质进行多种分类。
最常见的分类方式是根据材料的晶体结构和化学成分，将压电材料分为压电晶体、压电陶瓷和压电聚合物三大类。
压电晶体：压电晶体是最早发现具有压电效应的材料，如石英晶体。
这类材料具有良好的压电性能和稳定性，因此在高精度测量、振荡器、滤波器等领域有广泛应用。
然而，由于晶体材料的加工难度大，成本高，限制了其在一些领域的应用。
压电陶瓷：压电陶瓷是通过一定的陶瓷工艺制备而成的压电材料，如铅锆钛酸盐（PZT）等。
这类材料具有较高的压电常数和介电常数，易于加工成各种形状，因此在传感器、执行器、换能器等领域得到了广泛应用。
压电材料
Piezoforce microscopy (PFM) is a modification of atomic force microscopy (AFM), which has been recently used to study the piezoelectricity of nanomaterials. An AC bias between the
Piezoelectric materials for tissue regeneration: A review
CONTENTS
• 1icity in biological tissues
• 3. Piezoelectricity and streaming potential
• 4. Cellular response to electrical
• stimulation
• 5. Piezoelectric materials in tissue
• regeneration applications
• 6. Conclusion
1. Introduction
Piezoelectric materials are smart materials that can generate electrical activity in response to minute deformations. First
Yasuda reported the piezoelectricity of bone in 1954. Later, Yasuda and Fukada observed piezoelectricity in boiled bone
and consequently concluded that living cells were not
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structure repeatedly aligns the
dipoles of thebackbone amino acids and causes a significant permanent polarization.
Fig. 1. Schematic illustration of permanent polarization in a-helix. Red arrows demonstrate the direction of the dipole moment.
In this review, the author cover the discovery of piezoelectricity in biological tissues,and summarizes their potential as a promising scaffold in the tissue engineering ials for tissue regeneration: A review
CONTENTS
• 1. Introduction • 2. Piezoelectricity in biological tissues • 3. Piezoelectricity and streaming potential • 4. Cellular response to electrical • stimulation • 5. Piezoelectric materials in tissue • regeneration applications • 6. Conclusion
1. Introduction
Piezoelectric materials are smart materials that can generate electrical activity in response to minute deformations. First discovered by Pierre and Jacques Curie in 1880, deformation results in the asymmetric shift of ions or charges in piezoelectric materials, which induces a change in the electric polarization, and thus electricity is generated.
stabilized by the hydrogen bonds
between the hydrogen of one
amine group with the oxygen of
a consecutive carbonyl group. As
demonstrated in Fig. 1, the helical
Piezoelectric materials are widely used in various electronic applications such as transducers, sensors and actuators.
For biomedical applications, piezoelectric materials allow for the delivery of an electrical stimulus without the need for an external power source. As a scaffold for tissue engineering, there is growing interest in piezoelectric materials due to their potential of providing electrical stimulation to cells to promote tissue formation.
2. Piezoelectricity in biological tissues
In 1940, Martin noticed the first demonstration of biological piezoelectricity, when he detected electric potentials from a bundle of wool encapsulated in shellac while compressed by two brass plates. The main constituent of mammalian hair, wool, horn and hoof is α-keratin, which has a spiral α-helix structure.
The piezoelectricity of such tissues is attributed to the compact alignment of these highly ordered α-helices and their inherent polarization.
α-Helix is a right handed coil
Yasuda reported the piezoelectricity of bone in 1954. Later, Yasuda and Fukada observed piezoelectricity in boiled bone and consequently concluded that living cells were not responsible for the piezoelectric response. They attributed the piezoelectric behavior of bone to the application of shear on collagen. Bone is a composite of densely packed aligned collagen fibrils containing hydroxyapatite particles.