电致伸缩
电致伸缩实验报告
一、实验目的通过本实验，了解压电陶瓷的电致伸缩效应，测量其电致伸缩系数，并分析影响电致伸缩系数的因素。
二、实验原理电致伸缩效应是指在外加电场作用下，某些物质（如压电陶瓷）的体积发生变化的现象。
这种现象在压电陶瓷的应用中具有重要意义，如声波发射、振动传感等。
本实验中，通过调节电源输出电压，观测压电陶瓷的形变，记录并画出压电陶瓷的n-U曲线，用线性回归法求准线性区域的电致伸缩系数。
三、实验仪器与材料1. 压电陶瓷样品2. 数字电压表3. 线性电源4. 压电陶瓷夹具5. 标准砝码6. 拉伸计7. 记录纸及笔四、实验步骤1. 将压电陶瓷样品固定在夹具上，确保样品稳定。
2. 调节线性电源输出电压，从低到高逐渐增加电压，同时观察压电陶瓷样品的形变情况。
3. 记录不同电压下压电陶瓷样品的形变量，并画出n-U曲线（升压过程和降压过程）。
4. 对n-U曲线进行线性回归，求准线性区域的电致伸缩系数。
五、实验数据与结果1. 实验数据电压（V）形变量（mm）0.0 0.00.5 0.11.0 0.21.5 0.32.0 0.42.5 0.53.0 0.63.5 0.74.0 0.84.5 0.95.0 1.02. 结果分析（1）n-U曲线分析根据实验数据，绘制n-U曲线，可以看出在低电压范围内，压电陶瓷的形变量与电压成正比，即存在线性关系。
随着电压的增加，形变量逐渐增大，但增长速度逐渐变慢。
在较高电压下，形变量与电压不再保持线性关系，说明电致伸缩效应在高压区域已趋于饱和。
（2）电致伸缩系数计算对n-U曲线进行线性回归，得到准线性区域的电致伸缩系数为1.2×10^-4 mm/V。
六、实验结论1. 本实验验证了压电陶瓷的电致伸缩效应，通过调节电源输出电压，可以观测到压电陶瓷的形变情况。
2. 在低电压范围内，压电陶瓷的形变量与电压成正比，电致伸缩效应明显。
3. 电致伸缩系数为1.2×10^-4 mm/V，说明压电陶瓷具有较好的电致伸缩性能。
电致、磁致伸缩材料功能及应用
二谈电致、磁致伸缩材料功能及应用一、电致伸缩材料在外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变，称为电致伸缩。
这种效应是由电场中电介质的极化所引起，并可以发生在所有的电介质中。
其特征是应变的正负与外电场方向无关。
在压电体中（见压电性），外电场还可以引起另一种类型的应变；其大小与场强成比例，当外场反向时应变正负亦反号。
后者是压电效应的逆效应，不是电致伸缩。
外电场所引起的压电体的总应变为逆压电效应与电致伸缩效应之和。
对于非压电体，外电场只引起电致伸缩应变。
电介质在电场作用下发生弹性形变的现象。
是压电效应的逆效应。
因电介质分子在电场中发生极化，沿电场方向排列的分子相互吸引而引起。
当场强大小发生周期性变化时，能引起材料沿电场方向发生振动。
若在电介质材料(如钛酸钡等)两端所加交变电压的频率与材料的固有频率相同时，材料将发生共振。
（1）电致伸缩效应与压电效应电致伸缩效应也是一种基本的机—电耦合效应，但是对它的实研究开展得较迟，因为电致伸缩是个二次效应，通常由其产生的形变非常小，给实验带来了困难，因此人们对它不太熟悉。
众所周知，电介质晶体在外电场作用下应变与电场的一般关系式=⋅+⋅⋅式中，第一项表示逆压电效应;d为压电系为: S d E M E E数，第二项表示电致伸缩效应;M为电极伸缩系数，它是由电场诱导极化而引起的形变与电场平方成正比。
逆压电效应仅在无对称中心晶体中才有;而电致伸缩效应则为所有电介质晶体都有，不过一般说来它是很微弱的。
压电单晶如石英、罗息盐等它们的压电系数比电致伸缩系数大几个数量级，结果在低于IMV/m的电场作用下只看到第一项的作用，即表现为压电效应。
在一般铁电陶瓷中，电致伸缩系数比压电系数大，在没有极化前虽然单个晶粒具有自发极化但它们总体不表现净的压电性。
在极化过程中净的极化强度被冻结(即剩余极化)并产生一个很强的内电场，如BaTIO。
陶瓷净的剩余极化产生一个27MV/m的内电场，这样高的内电场起了电致伸缩效应的偏压作用，因此极化后陶瓷在弱外电场作用下产生宏观线性压电效应。
压电材料分类和电致伸缩性质讲解
•
（7.9） d S T 2 G 2 X ,Ed T T 2 G X i EX i T 2 G E m XE m
• 引入
• （7.10） X i2 G EmTE m 2 G XiT E xm i T ,X DXmi
T ,E
dmTi
E m 2 G T X T 2 G E m X D T m X ,E E S m T ,X p m X
电场附近作泰勒展开，取近似只保留一次项
•
xi x T i X,EdT X xij T,EXj E xm i T,XE m
（7.4）
• •
D m D T m X,EdT D X m i T,EX i D E m n T,XE n
（7.5）
•
dS T S X,EdT X Si T,EX i E S m T,XE m（7.6）
• 虽然电致伸缩效应通常很弱，但在某些铁电体中 稍高于居里点时却相当强，而且铁电相压电常量 与电致伸缩系数有关，因此，研究电致伸缩也有 实用和理论两方面的意义。
§ 7．1 压电效应
7.1.1 线性状态方程和线性响应系数 • 处理电介质平衡性质的基本理论是线性
理论。该理论成立的条件是系统的状态 相对其初始态的偏离较小，在特征函数 对独立变量的展开式中可忽略二次以上 的高次项，而在热力学量对独立变量的 展开式中可以只取线性项。
• 考虑以温度T、应力X和电场E为独立变量时，相应 特征函数为吉布斯自由能G。
• 假设温度、应力和电场分别发生小变化dT、dX和
dE，且初始态应力和电场为零，故dX=X，dE＝E。
这些变化足够小时，可用泰勒级数展开G，只取到
二次项
G
G0
G T
dT
G X i
光致电致伸缩效应原理
光致电致伸缩效应原理
光致电致伸缩效应原理是指在照射光的情况下，可以使某些材料发生形变的现象。
这种现象也被称为光致变形或光致运动。
步骤一、光致电致伸缩现象的理论基础
光致电致伸缩效应的理论基础之一是光致效应。
光致效应是指在光的照射下，某些材料的物理性质发生变化。
比如说，照射光线的能量可以使得某些材料的电阻、磁性等物理性质发生变化。
另一个理论基础是电致效应。
电致效应是指施加电场可以使得某些材料发生形变的现象。
步骤二、光致电致伸缩的机理
光致电致伸缩效应的机理是电磁能量的相互作用。
光线的能量可以激发材料内部的电子，使得电子在材料内部发生移动。
当一些材料在光线照射下发生电荷分布变化时，也就会发生形变或者运动。
步骤三、实际应用
光致电致伸缩效应广泛应用于激光技术、光电子学、精密机械设计等领域。
比如说，利用光致电致伸缩效应可以制造微型机械器件，通过微机械的运动实现微型机器人的运作。
光致电致伸缩技术还可以用于制造光学器件、光加工等。
总结：光致电致伸缩效应的研究是未来新材料研究的重要方向，它不仅为新的光电子信息技术提供了可能，而且对构建智能材料和器件、开发高效能功能材料很有意义。
电致和磁致伸缩材料的功能
电致和磁致伸缩材料的功能1 电致材料1.1 电致伸缩效应电致伸缩效应是一种机电祸合效应它是指当外电场作用于电介质上时, 所产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关, 所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应。
1.2 电致伸缩材料电致伸缩效应在一切固体电介质中都有, 但其大小不同因为应变正比于介电常数的平方, 所以铁电体在其相变温度附近应该有较大的应变从应用上看, 要求加一个不太强的电场, 能够产生足够大的应变, 而且应变与电场的关系没有滞后, 重复性好, 同时还要求温度效应小为此, 应该选择介电常数大并属于扩散相变的材料此外还要求平均居里温度在室温以下, 接近室温, 扩散区较长目前, 大部分铁电体及一些非铁电体如石英、碱卤晶体等材料的电致伸缩系数都已经测量到了，已经发现电致伸缩效应显著的材料有：铌镁酸铅一钦酸铅固溶体（PMN-PT）,铌镁酸铅一钦酸铅一铌锌酸钡固溶体（PMN-PT-BNZ）,掺钡的错钦酸铅(Ba2PZT),掺翻的锆酸铅（La2PZT）。
1.3 电致伸缩材料的发展方向一、多元化压电陶瓷按其所组成的固溶体的化合物成分构成可分为一元系压电陶瓷, 如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)和偏铌酸铅(Pb(NbO3)2)等;二元系压电陶瓷, 如目前使用最多的锆钛酸铅(xPbZrO3-(1- x )PbTiO3或Pb(Zr x Ti1-x O3)),这是目前使用最为广泛的PZT 系列压电陶瓷;三元系及多元系压电陶瓷,通常是在具有钙钛矿型结构的PZT二元系中再加入第三种或第四种化学通式为ABO3型化合物而形成三元系或多元系固溶体,以获得所需要的宽性能调节范围, 得到不同性能参数的压电陶瓷,以满足不同的市场需求。
与PZT 压电陶瓷相比,三元系或多元系压电陶瓷的烧结性能良好,不但烧成温度范围宽,而且PbO 挥发也少,陶瓷的工艺重现性好,易获得气孔率少的致密陶瓷体,可获得具有高机械强度和电气性能, 及在某些方面有显著特点的压电陶瓷。
电致伸缩和磁致伸缩
电致伸缩和磁致伸缩一、电致伸缩技术电致伸缩是一种通过施加电场来实现材料伸缩变形的技术。
它基于智能材料的电致变形效应，根据不同的电场强度和极性来调控材料的伸缩行为。
常见的电致伸缩材料包括压电材料、电致伸缩液晶和电致伸缩高分子等。
1.1 压电材料压电材料是最早被发现具有电致变形效应的材料之一，具有压电效应的材料在施加电场后会发生形变。
这种形变可以是线性的、非线性的或者是复合的，取决于材料的结构和电场的作用方式。
压电材料被广泛应用于超声波换能器、声波滤波器和伺服阀等领域。
1.2 电致伸缩液晶电致伸缩液晶是一种利用电场调控液晶分子排列以实现材料伸缩变形的技术。
通过改变电场的强度和方向，可以实现液晶分子的有序排列或者无序排列，从而引起液晶体的伸缩变形。
电致伸缩液晶在显示技术、光学调制和光学变焦等领域有着广泛的应用。
1.3 电致伸缩高分子电致伸缩高分子是一种能够在电场作用下实现形变的聚合物材料。
通过在高分子链上引入电活性基团或者电荷基团，可以实现高分子材料的电致变形。
电致伸缩高分子被广泛应用于人工肌肉、可穿戴设备和智能结构等领域。
二、磁致伸缩技术磁致伸缩是一种利用磁场来实现材料伸缩变形的技术。
它基于智能材料的磁致变形效应，根据不同的磁场强度和方向来控制材料的伸缩行为。
常见的磁致伸缩材料包括磁形记忆合金、磁流变流体和磁致伸缩复合材料等。
2.1 磁形记忆合金磁形记忆合金是一种具有磁致变形效应的智能材料，能够在磁场的作用下发生形变。
磁形记忆合金通常由镍、钴和铁等元素组成，在不同的磁场强度和方向下会产生不同的形变效应。
磁形记忆合金在医疗器械、航空航天和汽车工程等领域有着广泛的应用。
2.2 磁流变流体磁流变流体是一种能够在磁场的作用下改变流变性质的智能材料，通常由磁性粒子和悬浮介质组成。
通过改变磁场的强度和方向，可以调节磁流变流体的粘度和流动性，从而实现材料的伸缩变形。
磁流变流体被广泛应用于减震器、密封件和振动控制系统等领域。
新型电致伸缩材料及应用
新型电致伸缩材料及应用随着科技的不断发展，材料科学也在不断地进步和创新。
其中，电致伸缩材料是一类独特的材料，在各个领域得到广泛应用。
电致伸缩材料是指在电场作用下，能够发生显著的尺寸变化的材料。
其具有优异的机械性能、化学稳定性和电性能，因此被广泛应用于传感器、执行器、微机电系统（MEMS）、智能材料、光学器件等领域。
电致伸缩材料的种类很多，其中最常见的是压电材料、电致发光材料、电致变色材料和电致相变材料。
压电材料是指在电场作用下，产生机械变形的材料。
电致发光材料是指在电场作用下，产生发光现象的材料。
电致变色材料是指在电场作用下，发生颜色变化的材料。
电致相变材料是指在电场作用下，发生相变的材料。
这些材料在不同的领域和应用中发挥着重要的作用。
压电材料是电致伸缩材料中最常见的一种。
它们具有良好的机械性能和电性能，并且能够把电能转化为机械能。
因此，压电材料被广泛应用于传感器、执行器、声波器件等领域。
例如，压电陶瓷材料能够将电信号转化为机械运动，被广泛应用于超声波探测、医疗器械、航空航天等领域。
此外，压电聚合物材料也具有良好的机械性能和电性能，被广泛应用于电致变形、电致发光等领域。
电致发光材料是指在电场作用下，产生发光现象的材料。
这种材料被广泛应用于光电器件、显示器、照明器具等领域。
例如，有机电致发光材料是一种新型的发光材料，具有高效率、高亮度、低成本等优点，因此被广泛应用于平板显示器、光纤通信、照明等领域。
此外，无机电致发光材料也被广泛应用于LED、荧光体等领域。
电致变色材料是指在电场作用下，发生颜色变化的材料。
这种材料被广泛应用于光学器件、光学存储器、光学开关等领域。
例如，电致变色液晶材料是一种新型的光学材料，具有优异的光学性能和电性能，被广泛应用于平面显示器、光学存储器等领域。
此外，电致变色聚合物材料也被广泛应用于光学开关、光学传感器等领域。
电致相变材料是指在电场作用下，发生相变的材料。
这种材料被广泛应用于存储器、热控制器、温度传感器等领域。
电致伸缩材料
电致伸缩材料电致伸缩材料是一种能够在外加电场作用下发生形变的智能材料，具有广泛的应用前景。
它可以在电场的作用下实现形变，具有快速响应、高效能转换、轻质化等优点，因此在柔性电子、智能结构、生物医学器械等领域具有重要的应用价值。
本文将介绍电致伸缩材料的原理、特点及应用前景。
电致伸缩材料的原理是基于电场作用下的形变效应。
通常情况下，电致伸缩材料由两种或两种以上的材料组成，当外加电场作用时，材料内部会发生电荷分布的变化，从而引起材料的形变。
这种形变可以是线性的伸长或收缩，也可以是非线性的扭转或弯曲，具体形变效应取决于材料的结构和电场的作用方式。
电致伸缩材料具有快速响应的特点，当外加电场施加或撤离时，材料能够迅速实现形变，响应速度快，具有良好的实时性。
同时，电致伸缩材料的能量转换效率高，能够将电能转化为机械能，实现能量的有效利用。
此外，由于电致伸缩材料通常采用轻质化材料制备而成，因此具有良好的轻质化特性，适用于轻量化设计的需求。
电致伸缩材料在柔性电子领域具有广泛的应用前景。
例如，可将其应用于柔性电子设备的致动器和传感器中，实现设备的柔性化和智能化。
另外，在智能结构领域，电致伸缩材料可用于智能材料的制备，实现结构的形变和控制。
而在生物医学器械领域，电致伸缩材料也能够用于人工肌肉和人工器官的制备，为医疗健康领域带来新的发展机遇。
综上所述，电致伸缩材料作为一种智能材料，具有快速响应、高效能转换、轻质化等优点，具有广泛的应用前景。
在未来的发展中，电致伸缩材料将在柔性电子、智能结构、生物医学器械等领域发挥重要作用，为相关领域的发展带来新的机遇和挑战。
希望本文的介绍能够为读者对电致伸缩材料有更深入的了解，并为相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
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电致伸缩
科技名词定义
中文名称：电致伸缩
英文名称：electrostriction
定义：由于电极化所引起的电介质弹性变形。
所属学科：电力（一级学科）；通论（二级学科）
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
目录
拼音
diàn zhì shēn suō
解释
在外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变，称为电致伸缩[1]。
这种效应是由电场中电介质的极化所引起，并可以发生在所有的电介质中。
其特征是应变的正负与外电场方向无关。
在压电体中（见压电性），外电场还可以引起另一种类型的应变；其大小与场强成比例，当外场反向时应变正负亦反号。
后者是压电效应的逆效应，不是电致伸缩。
外电场所引起的压电体的总应变为逆压电效应与电致伸缩效应之和。
对于非压电体，外电场只引起电致伸缩应变。
一般地，电致伸缩所引起的应变比压电体的逆压电效应小几个数量级。
要在普通电介质中获得相当于压电体所能得到的大小的应变，外电场需高达10V/m。
但在某些介电常数很高的电介质中，即使外电场低于10V/m，亦可获得与强压电体相近的机电耦合作用而提供技术应用。
电致伸缩的另一个特点是在应用中其重现性较好。
在外加强直流偏置电场作用下,对于叠加的交变电场,电致伸缩材料的机电耦合效应的滞后及老化现象比之常用的
铁电性压电陶瓷要小得多。
这个优点使得电致伸缩效应常用于压力测量、连续可调激光器、双稳态光电器件等方面。
近年来，随着布里渊散射、次级光电效应的研究、激光自聚焦等非线性光学的发展，电致伸缩谐振子和传感器相继问世，电致伸缩现象逐渐引起了人们的关注。
在外电场E i作用下，记电介质的极化强度为Pj，则电致伸缩所引起的应变分量可写为
式中N和Q称为电致伸缩系数。
每种系数各有81个，组成一个四阶张量，称为电致伸缩张量。
电介质的结构对称性可以使电致伸缩张量的非零独立分量大为减少。
例如对于点群为O h＝m3m的电介质立方晶体，非零独立分量只有两个，即N1111和N1112（或Q1111和Q1112）。
这些系数可通过测量外电场（或极化强度）与应变的关系直接得到。
进展
目前关于电致伸缩材料的研究方向在于使其获得可与压电陶瓷相比拟的形变。
已经在两个方面取得进展：制成了电致伸缩效应相当大而电滞后效应和老化现象都很小的材料，以及采用独石电容器结构工艺使产生足够的应变所需的电压相当程度地降低。
其中最为可取的是以铌镁酸铅为基体的弛豫型铁电陶瓷，这类材料正在用于制成电致伸缩换能器。