多孔压电驻极体的有效压电系数
压电材料介电常数k
压电材料介电常数k1. 介绍压电材料是一种特殊的功能材料，具有压电效应，即在受到外力作用时，能够产生电荷分布不均匀的现象，从而产生电势。
其中，介电常数k是描述压电效应的一个重要参数。
本文将从多个角度对压电材料介电常数k进行探讨。
2. 压电效应简介2.1 压电效应的定义压电效应是指在特定压力下，由于压电材料内部存在着由负电性和正电性离子组成的电偶极子而发生的电势差变化现象。
这种电位变化可以转化为机械能或电能，具有广泛的应用前景。
2.2 压电效应的分类压电效应可分为直接压电效应和逆压电效应两种。
直接压电效应指的是外加压力对压电材料产生的电势变化，而逆压电效应则是由电势变化引起的形变。
3. 压电材料介电常数k的定义介电常数k是描述压电效应的一个重要参数，它是一个无量纲的物理量，表示压电材料中储存或释放的电荷量与外加电场之间的关系。
介电常数k越大，说明压电材料中储存电荷的能力越强。
4. 压电材料介电常数k的测量方法4.1 电容法电容法是常用的测量压电材料介电常数k的方法之一。
该方法利用电容器的电容量与介质性质之间的关系，通过测量压电材料与电容器的串联电容量和并联电容量的变化，计算得到介电常数k的数值。
4.2 多普勒效应法多普勒效应法也是一种测量压电材料介电常数k的常用方法。
该方法利用声波在介质中传播时的频率变化特性，通过测量压电材料中的声波传播速度和频率变化，计算得到介电常数k的数值。
5. 压电材料介电常数k的影响因素5.1 温度温度是影响压电材料介电常数k的重要因素之一。
随着温度的升高，压电材料的晶格结构会发生变化，从而影响介电常数k的数值。
5.2 应变外加应变也会对压电材料的介电常数k产生影响。
一般情况下，应变会使得介电常数k的数值减小。
5.3 电场强度与压电效应直接相关的电场强度也是影响压电材料介电常数k的因素之一。
在一定范围内，电场强度的增加会导致介电常数k的数值增大。
5.4 结构和组分压电材料的结构和组分对介电常数k有很大影响。
pvdf压电系数
pvdf压电系数【原创实用版】目录1.介绍 PVDF 压电材料2.阐述 PVDF 的压电系数3.讨论 PVDF 在压电应用领域的优势4.分析 PVDF 压电系数的影响因素5.总结 PVDF 压电系数的研究进展及前景正文【1.介绍 PVDF 压电材料】聚偏氟乙烯（PVDF）是一种有机压电材料，具有优良的压电性能、化学稳定性和热稳定性。
PVDF 压电材料在能量转换、传感器和执行器等领域具有广泛的应用。
【2.阐述 PVDF 的压电系数】PVDF 的压电系数是指在施加压力时，PVDF 材料产生的电荷密度与压力的比值。
PVDF 的压电系数是衡量其压电性能的重要参数，通常用 pC/N （皮库伦/牛顿）表示。
【3.讨论 PVDF 在压电应用领域的优势】相较于其他压电材料，PVDF 具有以下优势：（1）较高的压电系数：PVDF 的压电系数一般在 10~20 pC/N，表现出较高的压电性能。
（2）良好的综合性能：PVDF 压电材料具有优良的机械强度、化学稳定性和热稳定性，适用于各种恶劣环境。
（3）易于加工：PVDF 具有良好的可塑性，可制成各种形状和尺寸的压电器件。
【4.分析 PVDF 压电系数的影响因素】PVDF 压电系数受多种因素影响，主要包括：（1）分子结构：PVDF 分子链的极性和对称性对其压电性能有重要影响。
（2）材料制备工艺：不同的制备方法会影响 PVDF 的微观结构和性能。
（3）应力状态：在拉伸和压缩应力状态下，PVDF 的压电系数表现出较大的差异。
（4）温度：PVDF 的压电系数随温度的变化而变化，通常在较低温度下具有较高的压电性能。
【5.总结 PVDF 压电系数的研究进展及前景】PVDF 压电系数的研究已取得显著进展，但仍面临诸多挑战，如提高压电性能、优化制备工艺等。
压电耦合系数e和压电系数d
压电耦合系数e和压电系数d1.引言1.1 概述压电耦合系数e和压电系数d是压电材料的重要物理参数。
压电材料是一类具有压电效应的材料，即在施加机械应力或电场时会产生电荷分布的不均匀现象。
压电耦合系数e和压电系数d分别用于描述材料在施加机械应力和电场时的响应程度。
压电耦合系数e是指压电材料在外加机械应力下产生的电荷与应力之间的比例关系。
具体而言，当施加机械应力时，压电材料内部的极化会发生改变，从而产生电荷分布不均。
压电耦合系数e可以用于描述这种机械应力引起的电荷分布不均现象的程度。
压电耦合系数e的数值越大，表示压电材料在外加机械应力下的响应越明显。
压电系数d是指压电材料在外加电场下产生的机械应变与电场之间的比例关系。
当施加电场时，压电材料内部的极化也会发生改变，从而导致材料的长度或形状发生变化。
压电系数d可以用于描述这种电场引起的机械应变现象的程度。
压电系数d的数值越大，表示压电材料在外加电场下的响应越明显。
压电耦合系数e和压电系数d对于压电材料的研究和应用具有重要意义。
通过对这两个参数的研究，可以了解压电材料在不同应力和电场下的性能表现，为压电材料的设计和应用提供有效的参考。
同时，基于这两个参数，可以开发出各种具有实际应用价值的压电传感器、压电驱动器等设备，广泛应用于声学、电子、光学等领域。
因此，深入研究和理解压电耦合系数e和压电系数d的特性和影响因素，对于推动压电材料的发展和应用具有重要意义。
文章结构部分可按以下方式组织：1.2 文章结构本文主要探讨压电耦合系数e和压电系数d的概念、原理、影响因素、应用领域以及其在工程领域中的重要性。
文章结构如下：1. 引言1.1 概述1.2 文章结构1.3 目的2. 正文2.1 压电耦合系数e2.1.1 定义和原理2.1.2 影响因素2.2 压电系数d2.2.1 定义和原理2.2.2 应用领域3. 结论3.1 总结压电耦合系数e和压电系数d的重要性3.2 展望未来的研究方向通过以上结构，我们将逐步介绍压电耦合系数e和压电系数d的定义和原理，并探讨其影响因素和应用领域。
电活性高分子材料
2、电致发光高分子材料发展史
• 20世纪初发现SiC晶体在电场作用下的发光
现象。在此基础上开发出各种无机半导体电致
发光器件。
•
• •
60年代发现非晶态的有机电致发光材料。
90年代初发现导电聚合物的电致发光现象。 至此，聚合物薄膜型电子发光器件成为研 究的主流。
3、电致发光高分子材料的特点 ①、通过成份、结构等改变，能得到不同禁带宽度 的发光材料，从而获得包括红、绿、蓝三基色的全谱 带发光。
• 该方法己经被用来给厚板型聚合物和薄 膜型材料注入电荷。
5、光驻极体形成法
使用光作为激发源产生驻极体。
理论依据： 如果在电场存在下，使用可见光或者紫外光照射光 导材料，由于光照射产生的载流子被电场分离，并 被俘获，会产生永久性极化。
电荷可以是分布在电极和聚合物界面上的两个分离 的，符号相反的双电荷分布区，也可以是分布于材 料内部的单电荷分布区。 应用于无机和有机光导体的电荷注入过程，其中最 重要的高分子光导体是聚乙烯基咔唑与芴酮共聚物。
4、电子束注入法 通过电子束发射源将适当能量的电子直接注入到合 适厚度的聚合物中。 可以得到具有体电荷的高分子驻极体，主要是由于 电子束具有较高的能量，可以穿透材料表面。
要点：
• 电子束的能量和被极化材料的厚度应该配合好，防 止电子能量过高而穿过聚合物膜。聚合物厚度与穿 透电子的能量有一定关系。 • 为了使电子束在材料表面均匀注入，需要在电子束 运行途中加入扫描或者散焦装置。
第三章 电活性高分子材料
第一节 概 述
1、电活性高分子材料 在电参数作用下，由于材料本身组成、构型、构象 或超分子结构发生变化，表现出的特殊物理和化学性 质的高分子材料。
2、电活性高分子材料类型
辐照交联聚丙烯压电功能膜的机电性能
辐照交联聚丙烯压电功能膜的机电性能张欣梧;娄可行;王家兴;张露娇;张冶文;张晓青【摘要】The electromechanical properties of the piezoelectrets based on the irradiation cross-linked polypropylene（XPP） were investigated.The modulus of elasticity of the XPP films were determined from the dielectric resonance spectra.The piezoelectric d33 coefficients in such piezoelectret films were measured by using quasi-static method.The time spectrum of piezoelectric response was analyzed.The experiments of the mechanical fatigues in the XPP piezoelectret films were also taken.The result showsthat the modulus of elasticity of the XPP films is around 1.3MPa.The d33-coefficients exhibit good linearity in the range of applied pressure from 10 to 100kPa.The time spectrum of piezoelectric response reveals a viscous flow feature in XPP films.The relation between the output voltage and applied force is linear.No significant change in d33 coefficients was observed after 600 thousand cycles of applying force.%研究了基于辐照交联聚丙烯（XPP）的压电驻极体功能膜的机电性能。
材料压电系数测定
n=1,3,5……，
y2 an
n=1,3,5……。
测出二组反谐振频率即可求得两个有效弹性常量 c y1和 c y 2。它们也是过 渡量，用来计算材料参量。
对于第六种样品，利用平行场激发厚度切变模，其谐振频率为
E 1 n c66 f rn ( ) 2 2t
式中t是厚度，A=wl是电极面积 对于第一种样品，利用垂直场激发厚度伸缩模，测一系列基音和泛音谐 振频率，得出频率比，查表得出厚度伸缩振动机电耦合因数 kt。该样品 的反谐振频率 f a 为
1 E c33 n 2 f an [ ] 2t (1 kt2 )
n=1,3,5…
式中ρ为密度。测出
对于第三种样品，利用垂直场激发两个相互耦合的厚度切变模，它们的 反谐振频率分别为
f
x1 an
n c x1 1 ( )2 2t
n=1,3,5……，
x2 f an
n c x2 ( )2 2t
1
n=1,3,5……。
测出两组反谐振频率后，即可求出两个有效弹性常量c x1和 c x 2 。这 是两个过渡量，下面将说明如何从它们得到材料参量。
压电陶瓷是一大类铁电性压电材料。它们的电容率、压电常量和 弹性常量矩阵与6mm点群晶体相同。其他一些压电材料（如ZnO和 CdS等）具有6mm对称性。这里介绍该点群材料压电参量的测量方法。
需要测定的压电参量如下：压电常量： emi,dmi,gmi,hmi,mi=15,11,13,44,66；弹性常量： ij=11,12,13,33,44,66；电容率和介电隔离率： mn=11,33；机电耦合因数：kt,k15,k31,k33,kp. 测量用的样品如下图所示。第一种样品是圆片，利用的是径向 伸缩振动和厚度伸缩振动，要求直径远大于厚度。第二种样品是 细长棒，利用的是纵向长度伸缩振动，要求长度远大于宽度和厚 度。第三种样品是薄板，利用的是厚度切变振动，要求长度l远大 于宽度w远大于厚度t。图中箭头代表六重轴或压电陶瓷的剩余极 化轴，蓝色区代表电极。晶体物理坐标轴与晶轴的关系是：Z轴 （3轴）平行于c轴，X轴（1轴）平行于a轴，Y轴（2轴）由已知 的X轴和Z轴根据右手定则确定。
FEP 和多孔PTFE 复合膜铁电驻极体的压电性及电荷动态特性
膜的复合可以使复合膜系具有较高的热稳定性；如图 4 所示， 电晕处理后得到的压电驻极体薄膜的热稳定性比 PP 有了明显地提高。例如在 90℃ 下，经过 160min 的热 老化，其压电系数 d 33 仍保持在初始值的 40%以上。根 据压电驻极体压电系数 d33 的表达式： 1 (s2 / s1 ) d33 2 Y (1 ( s2 / s1 ))
1
引
言
含封闭孔洞结构的聚合物薄膜经过适当的电极化 处理后表现出突出的压电活性，它同时具有铁电材料和 驻极体的特点，被命名为压电驻极体或铁电驻极体 ， 是上世纪 90 年代发展起来的新一类机电传感器材料。 2005 年前， 有关这种新型材料的研究主要集中在多孔 聚丙烯（cellular PP ）薄膜上，并开展了一些实际应用。 但是由于多孔 PP 膜自身的热稳定性的限制 ，它的工作 温度一般不超过 60℃ 。超过此温度， 其压电活性将明 显衰减，甚至消失，从而限制了其应用范围。因此，寻 找既具有高热稳定性同时又具有强压电活性的多孔聚 合物薄膜材料成为压电驻极体研究领域的新课题。 本文 报道了通过熔融粘合工艺制备微孔结构 FEP 和 PTFE 复 合膜的方法， 并讨论了该复合膜的压电活性及其电荷动 态特性。
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FEP 和多孔 PTFE 复合膜铁电驻极体的压电性及电荷动态特性 *
黄金峰，张晓青，万振茂，陈剑波，王
姝，王学文，夏钟福
（同济大学 物理系 波耳固体物理研究所，上海 200092） 摘 要： 报道了将致密的 FEP 和多孔 PTFE 交互层叠 PTFE 薄膜交替层叠在一起，且最外层均是致密的 FEP 薄膜，然后在温度 T 0＝280 ℃时向膜系施加 10kPa 的压 力；T 0 选定在高于 FEP 的熔点（260℃） 而低于 PTFE 熔点 （ 327℃）的温区内[2] ，是因为在熔融状态下的 FEP 可以和 PTFE 牢固地粘合在一起，形成孔洞层与致密的 电介质层交替出现的封闭孔洞复合膜。 施压的时间是根 据所选择的温度和压力大小来确定。 在上面所选择的温 度和压力参数下，施压时间为 1h。
压电常数 -回复
压电常数 -回复压电常数是指压电材料在外加电场的作用下，产生的压电效应的强度大小的物理量。
压电效应是指当某些晶体或陶瓷材料受到外力作用时，在晶体内部电荷产生位移，从而形成电位差的现象。
压电效应的产生是由于材料内部存在特殊的结构，被称为极化结构。
当压力作用于这些结构时，会发生电荷位移，从而产生电压。
压电效应在电子学、声学和机电一体化等领域都具有广泛的应用。
压电材料的压电常数决定了其在特定工作环境下的压电效应的强度和可靠性。
其数值具有一定的物理意义，指的是单位电场下单位应力的变化量。
通常用符号$d_{33}$ 表示，其中$d$表示压电常数，33表示这种压电效应在晶体中的方向，即垂直于晶体的3轴方向。
在其他方向上也可以有不同的压电效应，分别用不同的符号表示。
压电常数常用的单位是库仑每牛、米，简称C/N。
具体来说，在电场$\bold{\text{E}}$的作用下，材料产生的应力$\bold{\text{T}}$ 与电场$\bold{\text{E}}$ 的强度成正比，压电常数$d_{33}$ 表示这种比例系数。
数学表达式为：$\bold{\text{T}}=d_{33} \bold{\text{E}}$通过测量压电常数，可以评估不同压电材料的性能，并选择最适合特定应用场合的材料。
也可以用于研究材料内部极化结构的特点和机理。
当我们需要使用压电材料来制作高精度的传感器和执行器时，就需要选取具有合适压电常数的材料。
压电常数还与材料的物理结构和化学成分密切相关。
在材料设计和工程应用中，需要充分考虑这些因素，选择最佳的材料和最优的制备工艺，以提高压电效应的质量和可靠性。
压电常数是描述压电效应强度的重要物理量，广泛应用于电子学、声学和机电一体化等领域。
正确测量和评估压电常数能够提高压电材料的性能和应用效果。
1. 介电常数：介电常数是指压电材料在无电场的情况下，存储电荷和极化程度的物理量。
其大小决定了压电材料在应用过程中的电容和电阻等电学性质。
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运用COMSOL Multiphysics软件建立扁平中空十四面 体模型，施加合理的边界条件与粘弹性材料属性来求解压 电驻极体的压电系数d33随时间的演化行为。并且研究共5 个参数对压电系数演化行为的影响。
背景理论 1、压电效应
改变松弛时间Nv
展望
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正压电效应
逆压电效应
2、粘弹性
随时间演化
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
弹性矩阵
模型的选择与建立 1、选择中空扁平十四面体模型的原因
2、模型的建立f、k
模型的建立
边界条件、材料属性的施加 1、边界条件
2、粘弹性材料属性的施加
计算结果
改变面电荷密度q
改变初始瞬态模量Em
改变极限模量Ev
改变粘弹性系数Nm