压电复合材料
压电复合材料
由热塑性聚合物和无机压电材料组成的压电材料称为压电复合材料或复合聚合物压电材料。
它具有无机压电材料优良的压电性能和聚合物压电材料优良的加工性能，无需拉伸即可获得压电性能。
这种压电特性在薄膜中没有各向异性，因此在任何方向上都表现出相同的压电特性。
准备好的压电复合材料的制备方法是将无机压电材料粉末均匀分解，混合成热塑性聚合物，再混合成型。
常见的无机压电材料是压电陶瓷，如锆钛酸铅和pbto3；常见的聚合物基体是PVDF和其他含氟树脂。
[1]优势（1）横向振动很弱，串扰很弱；（2）机械品质因数Q值低（3）宽带（80%-100%）；（4）机电耦合系数大；（5）与普通PZT探针相比，具有更高的灵敏度和更好的信噪比；（6）在较宽的温度范围内稳定；（7）可加工形状复杂的探头，只需简单的切割和填充工艺；（8）声速、声阻抗、相对绝缘常数和机电系数容易改变（因为这些参数与陶瓷材料的体积比有关）；（9）很容易匹配不同声阻抗的材料（从水到钢）；（10）通过改变陶瓷体积比可以调节超声灵敏度。
[1]压电材料分类压电材料是一种具有压电效应的材料。
它是一种功能材料，在外力作用下产生电流，反之亦然，在电流作用下产生力或变形。
它广泛应用于传感器中，实现机械能和电能的转换。
自1880年居里兄弟发现压电效应以来，他们开发了多种压电材料，可分为以下五类：①单晶材料，如石英、磷酸等；②陶瓷材料，如锆钛酸铅（PZT））、钛酸铅，③高分子聚合物，如聚氯乙烯；④复合材料，如PZT/聚合物；⑤微晶玻璃，如tisro3等。
从以上可以看出，压电材料已经从自然界中存在的简单的单晶材料发展到构造复杂的复合材料过程。
压电复合材料是由压电陶瓷和聚合物以一定的方式、一定的体积质量比和一定的空间分布组成，可以改善材料的压电性能。
[2]0-3压电复合材料0-3型是最简单的压电复合材料，它是由分散在三维聚合物基体中的不连续陶瓷颗粒（0-D）形成的。
它的适应性很强。
它可以制成薄片、条状或金属丝，甚至可以模制成各种复杂的形状。
压电复合材料
压电复合材料
近日，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员采用柔性聚合物载体支撑的压电泡沫陶瓷，有望将通过标准的压电复合材料采集机械能与热能的能力提高10倍
背景
压电效应（piezoelectric effect），是指对压电材料施加压力，使其产生电位差（正压电效应）；反之施加电压，则产生机械应力（逆压电效应）。
通过压电材料，我们可以利用机械形变产生电场，也可以利用电场产生机械形变，它为机械能与电能之间相互转化提供了一种途径。
压电材料一般包括：骨头、蛋白质、DNA、陶瓷、塑料、织物等，其应用范围非常广阔，例如：移动电话的谐振器和振动器、深海声纳、超声波成像等等。
压电效应的一项典型的用途就是发电。
为了采集微小的机械运动能量并转化为电能，供应可穿戴的移动电子设备或健康监测传感器的运行，研究人员通常会向柔性聚合物载体中添加硬质陶瓷纳米颗粒或者纳米线。
聚合物提供柔性，而压电纳米颗粒可以将机械能转化为电能。
但是，这些材料的效率相对较差，因为当机械负载产生时，机械能大部分被聚合物吸收，只有少部分转移到压电纳米颗粒上。
虽然添加更多的陶瓷可以提高能量效率，但是也会降低柔性。
创新
近日，美国宾夕法尼亚州立大学的研究人员采用柔性聚合物载体支撑的压电泡沫陶瓷，有望将通过标准的压电复合材料采集机械能与热能的能力提高10倍。
相关论文发表于《Energy and Environmental Science》杂志。
论文通讯作者、宾夕法尼亚州立大学工程科学与机械系教授Sulin Zhang 与他的学生负责模拟三维复合材料压电性能的计算工作。
压电
压电复合材料压电复合材料是由压电相材料与非压电相材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的一种具有压电效应的复合材料。
与压电陶瓷相比较具有更低的密度和声阻抗，从而使其与生物体、非金属材料、水与气体介质有着更好的匹配特性；其Qm值比普通压电陶瓷低2-3个数量级，使其很适合制作宽带窄脉冲换能器；压电复合材料具有较高的接收电压灵敏度；其平面机电耦合系数要小于普通压电陶瓷的平面机电耦合系数，使能量更能集中于厚度模。
因此压电复合材料在料位、液位传感器；医疗探头；无机非金属材料无损检测超声领域；声纳、水听器、深度仪、鱼探仪等水声领域；声学成象、机器人领域都有巨大的应用前景。
目前世界压电复合材料的市场前景相当可观，其在军事领域的作用也是巨大的，用其制作的被动声纳换能器，作用距离可以提高1-3倍，因此，压电复合材料的研究，无论是在民用方面还是军事领域都具有非常重要的意义。
一：1压电效应某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。
这种现象称压电效应（Piezoelectric Effect）。
正压电效应：机械能转化为电能逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，即电致伸缩效应。
——具有压电效应的压电材料可以实现机械能和电能的相互转化。
正压电效应的电位移与施加的应力有：D=dT逆压电效应的应变与施加的电场强度有：S=dE——d为压电常数2压电材料①压电晶体，主要包括压电石英晶体和其它压电单晶。
②压电陶瓷一元系：钛酸铅(PT)二元系：锆钛酸铅系列PbTiO3-PbZrO3(PZT)和铌酸盐系列KNbO3-PbNb2O3三元系：PMN 由铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3钛酸铅PbTiO3-锆钛酸铅PbZrO3三成分配比而成四元系：综合性能更加优越③高分子聚合物，聚氟乙烯（PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)④压电复合材料3压电材料的性能（1）机电偶合系数（2）机械品质因数（3）频率常数（4）压电常数（5）弹性模量、相对介电常数、居里温度等。
压电智能复合材料的应用研究
寿命期间安全性及减小灾害影响的一条崭新思路。即
引入了智能结构系统的概念。压电材料是众多智能材料中 运用得较为广泛的一种，利用压电智能材料的正、逆压电 效应，即压电材料在外加电场作用下引起变形与压电材料
在变形下引起电场改变的特性，将压电材料膜片黏附在结
构的表面或嵌入结构内部作为感应器和驱动器来观测变形 与实施变形控制，与外界控制电路一起达到抑制外界干扰
加外电场产生的应变或应力称为反压电效应。即其具有将
电能和机械能变换的特性，故可应用于智能结构中，特别 是自适应、减振与噪音控制等方面。将压电材料置入飞机
机身内，当飞机遇到强气流而振动时，压电材料便产生电
流，使舱壁发生和原来振动方向相反的振动，抵消气流引 起的振动噪音。将压电材料应用于滑雪板，滑雪板受振同
料，是一类对机、电、声、光、热敏感的电子材料，广泛 应用于工业部门和高科技领域。 当前的研究领域主要包括压电陶瓷、压电晶体、压电 复合材料、压电高聚物。其中压电复合材料主要是包括 PZT压电陶瓷等。 PZT压电陶瓷作为很好的换能器材料已 经有30多年的历史，BaTiO3作为优良的高介材料几乎达40 年之久.磁性材料和半导体材料都有类似的趋势.对一些化 合物的深入研究表明,改变掺杂元素的方法,不可能大幅度 改进和提高材料的性能。于是人们采用不均质的陶瓷材料 和精确控制材料的多相性来改进单相材料的某些性能。压 电复合材料有多种复合方式.就结构来说,有混合状、层状 、梯形和蜂窝
时，就产生减振反应作用力，增强滑雪者的控制能力 利用压电陶瓷易于改性且易于与其他材料兼容的特点 可制成自适应结构。 2.压电智能复合材料的现实应用
（1）压电智能复合材料在悬臂梁结构振动控制中的应用
地震和强风的作用严重威胁土木工程结构的安全。 随着结构控制科学、信息技术和材料科学的发展，科 学家和工程师们从对自然界和生物进化的学习与思考 中得到启示，提出了力图从根本上提高工程结构整个
北京聚焦压电复合材料
北京聚焦压电复合材料北京聚焦压电复合材料压电复合材料是一种新型的材料，具有压电效应和复合材料的特点，被广泛应用于传感器、执行器、振动控制、能量收集等领域。
北京作为我国的科技中心，一直致力于压电复合材料的研究和应用。
一、北京的压电复合材料研究北京的压电复合材料研究始于上世纪八十年代，当时主要是针对压电陶瓷材料的研究。
随着科技的发展，北京的研究方向逐渐转向压电复合材料。
目前，北京的压电复合材料研究主要涉及以下几个方面：1. 压电复合材料的制备技术北京的研究人员通过改进制备工艺，成功地制备出了多种压电复合材料，如碳纤维增强聚合物基压电复合材料、铝基压电复合材料等。
这些材料具有较高的压电性能和机械性能，可广泛应用于航空、航天、汽车等领域。
2. 压电复合材料的性能研究北京的研究人员通过实验和理论分析，深入研究了压电复合材料的压电性能、机械性能、热稳定性等方面的性能。
这些研究成果为压电复合材料的应用提供了重要的理论依据。
3. 压电复合材料的应用研究北京的研究人员将压电复合材料应用于传感器、执行器、振动控制、能量收集等领域，并取得了一系列重要的应用成果。
例如，他们成功地研制出了一种基于压电复合材料的振动控制系统，可以有效地减少机器振动，提高机器的工作效率。
二、北京的压电复合材料应用北京的压电复合材料应用广泛，主要涉及以下几个领域：1. 航空航天领域北京的压电复合材料被广泛应用于航空航天领域，如飞机结构、导弹控制等。
这些材料具有较高的强度和刚度，能够承受高强度的载荷，同时具有良好的压电性能，可用于传感器和执行器等领域。
2. 汽车领域北京的压电复合材料被应用于汽车领域，如车身结构、发动机控制等。
这些材料具有较高的强度和刚度，能够承受高强度的载荷，同时具有良好的压电性能，可用于传感器和执行器等领域。
3. 机器人领域北京的压电复合材料被应用于机器人领域，如机器人手臂、机器人腿部等。
这些材料具有较高的强度和刚度，能够承受高强度的载荷，同时具有良好的压电性能，可用于传感器和执行器等领域。
压电复合材料
压电复合材料摘要：压电材料具有一定的条件反射以及指令分析能力，在智能材料系统具有广泛的应用前景。
本文结合压电材料的种类及应用，重点分析了我国压电材料的发展现状。
压电材料是具有压电效应材料的总称，属于具有特殊效应的新型复合材料。
近年来，在化工、机械、医疗等领域的应用发展迅速，逐渐成为国际竞争的重要新技术新材料。
同时，驰豫型铁电单晶、压电复合材料、高居里温度压电陶瓷、三元及多元系压电陶瓷、压电薄膜、细晶粒压电陶瓷、无铅压电陶瓷等均成为了国内外压电材料行业主要研发热点。
压电材料产品种类多21世纪最具应用潜能的新型复合材料之一——压电材料在我国发展现状几何？压电材料指在压力作用下，两端面间出现电压的晶体材料。
根据材料的性能不同，一般分为无机压电材料和有机压电材料两大类。
常见的压电材料分类1.无机压电材料无机压电材料包括压电晶体及压电陶瓷。
相比而言，压电晶体介电常数低、稳定性高、机械品质因子高，常见的有水晶、锗酸锂、镓酸锂等。
压电陶瓷压电性能强、介电常数高、稳定性差、电损耗较大，常见的有钛酸钡BT、改性钛酸铅PT、锆钛酸铅PZT等。
此外，压片陶瓷工艺较为复杂，生产过程中需完成配料、混合磨细、预烧、二次磨细、造粒、成形、排塑、烧结成瓷、外形加工、被电极、高压极化、老化测试等工艺，产品种类较多，包括分割电极方片、单面引线电极、分割电极等。
2.有机压电材料有机压电材料又称压电聚合物，该类材料具有密度低、柔韧度高、阻抗力低、压电电压常数高等优势，在水声、超声、电声等领域应用较广。
压电材料可用作能量转换器国内外压电材料的应用不断取得突破压电材料可将机械能转化为电能，常用于制造换能器，可以分为震动能—电能转换器和超声振动能—电能转换器两大类，包括水能换能器、电能换能器、超声换能器。
此外，压电材料在传感器、驱动器、新能源技术上均有应用。
换能器的应用，可应用工业生产麦克风、高频扬声器、立体声耳机等。
压电材料用于压力传感器方面，可用于生产干式压力传感器。
压电复合材料
压电复合材料压电复合材料是一种具有压电效应的复合材料，由于其在传感器、换能器等领域具有广泛的应用前景，因此备受关注。
压电复合材料由压电陶瓷和复合材料两部分组成，具有良好的压电性能和优异的力学性能。
本文将从压电复合材料的材料特性、制备工艺、应用领域等方面进行介绍。
首先，压电复合材料具有优异的压电性能。
压电效应是指在外加电场作用下，材料会产生机械应变；反之，在外加机械应力作用下，材料也会产生电荷。
这种双向的耦合效应使得压电复合材料在传感器、换能器等领域具有广泛的应用前景。
其次，压电复合材料还具有良好的力学性能，具有较高的强度和刚度，能够满足不同工程领域的需求。
其次，压电复合材料的制备工艺主要包括材料选择、成型工艺和制备工艺等几个方面。
首先，在材料选择上，需要选择具有良好压电性能的陶瓷材料，并与复合材料进行复合，以确保材料具有良好的力学性能。
其次，在成型工艺上，可以采用注塑成型、压延成型等工艺，以获得所需形状的压电复合材料。
最后，在制备工艺上，需要进行烧结、热压等工艺，以确保压电复合材料具有良好的压电性能和力学性能。
最后，压电复合材料在传感器、换能器等领域具有广泛的应用。
在传感器方面，压电复合材料可以用于压力传感器、加速度传感器等领域，具有灵敏度高、频率响应宽等优点。
在换能器方面，压电复合材料可以用于声波换能器、超声波换能器等领域，具有转换效率高、频率稳定等优点。
因此，压电复合材料在工程领域具有广泛的应用前景。
综上所述，压电复合材料具有优异的压电性能和良好的力学性能，其制备工艺简单可行，应用领域广泛。
随着科学技术的不断发展，相信压电复合材料将会在工程领域发挥越来越重要的作用。
功能复合材料-3-压电复合材料
3.3.2 压电功能复合材料的理论研究
理论研究非常活跃。 理论研究非常活跃。如，对含有空间定向埋 入相的压电复合材料的有效电弹性性能进行了分 析，提出了一个微观力学模型来估计压电功能复 合材料的的电、热和弹性性能， 合材料的的电、热和弹性性能，并将其用于研究 微观结构和性能的关系。 微观结构和性能的关系。
2011-2-16
功能复合材料
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3.2.3 其它类型的压电功能复合材料
1. 3-0型压电功能复合材料 型压电功能复合材料 压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 2. 3-1型和 型压电功能复合材料 型和3-2型压电功能复合材料 型和 压电相是三维连通的，而聚合物基体则仅在一维或两 压电相是三维连通的， 维连通。 维连通。 3. 3-3型压电功能复合材料 型压电功能复合材料 两相在三维方向都是自连通的，且可分为珊瑚复合 两相在三维方向都是自连通的， 有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。 型、有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。
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降低聚合物泊松比， 降低聚合物泊松比，增强复合材料压电性能 的途径： 的途径： 发泡剂或玻璃球引入气孔， （1）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔， ）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔 可使制得的复合材料的水声性能有所改善； 可使制得的复合材料的水声性能有所改善； （2）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触， ）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触， 应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。 应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。 （3）通过横向增强的方法增加应力放大系数， ）通过横向增强的方法增加应力放大系数， 起到减小g 而不影响g 的作用， 起到减小 31而不影响 33的作用，从而使材料的 静水压压电系数得以提高。 静水压压电系数得以提高。
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由热塑性聚合物和无机压电材料组成的压电材料称为压电复合材料，也称为复合聚合物压电材料。
其特征在于无机压电材料的优异压电性能和高分子压电材料的优异加工性能，并且无需拉伸即可获得压电性能。
该压电特性在膜中没有各向异性，因此在任何方向上都显示相同的压电特性。
制备方法
压电复合材料的制备方法是将无机压电材料粉末均匀分解，混合成热塑性聚合物，然后混合成型。
常见的无机压电材料是压电陶瓷，例如锆钛酸铅和pbto3；常见的聚合物基体是PVDF和其他含氟树脂。
[1]
优点
（1）横向振动非常弱，串音声压低；
（2）机械品质因数的Q值低
（3）宽带宽（80％-100％）；
（4）机电耦合系数大；
（5）灵敏度高，信噪比优于普通的PZT探头；
（6）在宽温度范围内稳定；
（7）可以加工形状复杂的探针，只需要简单的切割和填充技术；
（8）声速，声阻抗，相对绝缘常数和机电系数容易改变（因为这些参数与陶瓷材料的体积比有关）；
（9）易于匹配具有不同声阻抗的材料（从水到钢）；
（10）可以通过改变陶瓷体积比来调节超声波灵敏度。
[1]
压电材料的分类
压电材料是一种具有压电效应的材料。
它是一种功能材料，在外力作用下会产生电流，反之亦然，在电流作用下会产生力或变形。
它广泛用于换能器中，以实现机械能和电能之间的转换。
自居里兄弟于1880年发现压电效应以来，已开发出多种压电材料，可分为以下五类：①单晶材料，例如石英，磷酸等；②陶瓷材料，如锆钛酸铅（PZT），钛酸铅等；③高分子聚合物，如聚氯乙烯；④复合材料，如PZT /聚合物；⑤玻璃陶
瓷，例如tisro3等。
从上述顺序可以看出，压电材料经历了从自然界中存在的简单单晶材料到具有复杂结构的复合材料的过程。
压电复合材料由压电陶瓷和聚合物以一定方式，一定的体积质量比和一定的空间分布制成，可以改善材料的压电性能。
[2] 0-3压电复合材料
0-3型是最简单的压电复合材料，它由分散在三维聚合物基体中的不连续陶瓷颗粒（0-D）形成。
具有很大的适应性。
它可以制成薄片，条或线，甚至可以模制成各种复杂的形状。
然而，难以极化，并且其性质容易受到各种工艺的影响。
（1）0-3型压电复合材料的极化是困难的，因为在压电填充相上的极化电场强度远小于外部极化电场强度。
为了改善极化性能，可以将导电相，例如少量的碳和锗，添加到复合物中以改善聚合物基体的导电性。
另外，还可以使用增加压电陶瓷的相电阻率的措施。
（2）选择压电相时要考虑的重要参数是纵横比C /A。
C/ a大的压电相可获得较大的自发应变。
使用了PZT，pbtio2，（Pb，BI）（Ti，Fe）O3等。
（3）复合材料的性能也与制备方法密切相关。
用化学方法制备的高纯度均匀的复合材料对改善性能具有显著作用。