压电效应也压电材料论文
陶瓷材料论文压电陶瓷
智能陶瓷材料——压电陶瓷段涛2009107204摘要：陶瓷材料分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。
特殊材料中的智能材料是指能够接受外部环境的信息而自动改变自身状态的一种新型陶瓷，主要有压电陶瓷、形状记忆陶瓷和电流变陶瓷。
前言：陶瓷材料是国民经济和人民生活中不可缺少的重要组成部分。
随着科学技术的不断发展，对材料的性能提出了越来越高的要求。
陶瓷材料分为普通陶瓷和特殊陶瓷两大类。
由于陶瓷具有优良的耐热性、耐磨性、耐腐蚀性、以及高强度和高硬度等优点，因此在国防、机械、冶金、化工、建筑、电子、生物等领域得到了广泛的应用。
智能陶瓷是指能够接受外部环境的信息而自动改变自身状态的一种新型陶瓷，主要有压电陶瓷、形状记忆陶瓷和电流变陶瓷。
这里我想研究的是压电陶瓷的情况。
正文：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、频率控等功能。
在能量转换方面，利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。
电子打火机中就有压电陶瓷制作的火石，打火次数可在100万次以上。
用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。
压电陶瓷材料的发现：某些材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷的现象，称为压电效应。
具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，它的表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。
反之，当这类材料在外电场作用下，其内部正负电荷中心移位，又可导致材料发生机械变形，形变的大小与电场强度成正比。
1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，去电场后仍能保持一定的剩余极化,使它具有压电效应，从此诞了压电陶瓷。
ZnO薄膜压电效应仿真研究
link appraisement钟 勉1 杨 涛石文杰1 胡家豪李 梦1 徐亚军超2*1.中国民用航空飞行学院航空工程学院；2.钟勉（1984-）男，四川成都人，博士，讲师，凝聚态物理专业（电子科技大学）。
通讯作者：周超（1980-）男，安徽淮北人，博士，教授，硕士生导师。
在理想状态下，当θ=90°时，即只有时（垂直受力），外接电路中测到的电势随受力大小变化而变化的曲线呈线性关系。
当模型宽度在1 mm（5）为了研究受力角度变化对ZnO薄膜电势的影响，上表图1 ZnO薄膜压电效应模型图2 边界约束模型图3 Y轴受力模型内部电势分布图图4 X轴受力模型内部电势分布图图5 改变受力大小的仿真图方向变长，使应力范围变大，因此总应变增大，电势增大，压电常数增大。
但当ZnO 薄膜厚度增加到一定程度后，特别是考虑当x →∞极限情况时，薄膜类似一根无限长细条，应力作用范围有限，离应力作用较远的地方几乎没有应力，故其压电系数趋于稳定。
是电势随ZnO 薄膜宽度变化仿真图，仿真结果表明，电势随薄膜厚度呈指数增加而逐渐增加并趋于最大值，其拟合方程为：)1(33x b a U −×= （8）中，a 3=4.283×10-2，b 3=0.25，曲线=0.9950。
根据仿真计算结果，当ZnO 薄膜层宽度为时，纵向受力能达到最大的压电常数为3.848×10N。
根据拟合方程公式（8）可知，当x →∞时，αF=4.283×10-3mV/N。
这是由于当ZnO 薄膜的厚度不变时，改变宽度相当于固定约束面增大，应变主要集中于约束面上，因此总应变增大，电势增大，压电常数增大。
但当图6 改变受力方向的仿真图图7 ZnO 薄膜层结构图8 电势与ZnO 薄膜厚度关系图图9 电势与ZnO 薄膜宽度关系图。
压电材料的应用及其性能研究
压电材料的应用及其性能研究压电材料是一种特殊的材料，当施加电场或机械应力时，可以产生电荷分布和电位变化。
这种材料具有许多重要的应用，例如：超声波、微机械系统、压力传感器、无线传感器等等。
本文将讨论压电材料的性能和应用。
第一部分：压电材料的性能1.1 压电效应压电效应是压电材料的最基本性质。
当压电材料受到外力作用时，会发生电极化现象，使得材料上出现电荷分布的变化，从而导致材料内部产生电位差，这个过程就是压电效应。
压电效应是压电材料最重要的特性，它决定了压电材料的应用范围和性能。
通常，压电材料的压电系数越大，其应用范围就越广泛，性能就越好。
1.2 介电常数介电常数是另外一个重要的性能指标，它主要反应了材料内部原子之间的相互作用和电磁波在材料中的传播能力。
介电常数越大，材料对电场的响应就越明显，从而压电效应也越强。
1.3 稳定性和耐久性稳定性和耐久性是压电材料的重要性能，它决定了材料在实际应用中的可靠性和使用寿命。
压电材料通常在高温、高湿和高电压条件下工作，所以需要具有较好的耐热、耐潮和耐压性能，以保证其稳定性和耐久性。
第二部分：压电材料的应用2.1 超声波压电材料最常见的应用就是超声波，它广泛应用于医学、工业、无损检测和水下探测等领域。
超声波是由压电晶体振动产生的，可以传播到大约1000米远的距离，而且能够穿透许多材料，不会对人体产生危害。
2.2 微机械系统微机械系统是将微小的压电材料组成器件，用于制造微型和纳米尺度的机械装置。
这些装置可以应用于MEMS（微型电子机械系统）和NEMS（纳米尺度机械系统）。
2.3 压力传感器压电材料也可以应用于压力传感器。
传感器通过观察压电晶体的厚度变化来检测压力变化，从而提供对压力变化的感知。
这种传感器可以应用于监测许多物理量，例如气压、水压、重力等等。
2.4 无线传感器压电材料还可以应用于无线传感器，通过材料压电效应产生的信号来进行能量收集，并通过改变压电效应值来发送信息，从而实现无线传感器的运作。
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。
压电效应和逆压电效应的应用
压电效应和逆压电效应的应用压电效应和逆压电效应，这听起来像是科幻小说里的名词，其实它们在我们的生活中无处不在，就像调皮的孩子，总是藏在你看不到的地方。
先说说压电效应吧。
这个东西有点意思。
简单说，就是某些材料在受到压力的时候，会产生电能。
就像当你踩到气球时，气球发出的那种“砰”的声音，压电材料在压力下也会“发声”，而且发出的可不是声音，而是电。
用在很多地方，比如我们日常使用的手机，里面的麦克风就是利用了这种效应。
你想，跟朋友打电话时，你的声音通过麦克风变成电信号，再变成对方耳中的声音，神奇吧？要是没有这个效应，我们可能就要靠写信了，那可真是太麻烦了。
再说说逆压电效应。
听这个名字，可能大家会觉得它是个反向操作，但其实也很有趣。
它的意思是，当施加电压的时候，材料会发生形变。
想象一下，你用电压给一个橡皮筋施压，它可能就会拉长、缩短，或者扭动，简直像个魔术师在表演。
这一效应的应用可广泛了，尤其是在音响设备里。
有没有想过，音乐声是如何从小小的喇叭里传出来的？没错，正是利用了这个逆压电效应。
电流通过喇叭，激发材料振动，最后发出动人的旋律。
真是“声”情并茂，听着就让人热血沸腾。
还有一些高科技的玩意儿，像是那些先进的传感器，都是借助这两种效应来工作的。
想象一下，汽车上的碰撞传感器，正是利用了压电效应。
当汽车受到撞击时，传感器能迅速把压力转换成电信号，告诉车子，嘿，快刹车！这样一来，生命安全都能得到保障，简直是科技的护航者。
这些小小的压电材料，就像无形的守护神，随时关注着我们的安全。
说到这里，别忘了医疗领域的应用。
压电材料在超声波成像中大显身手。
医生用超声波检查身体，背后的原理就是利用压电效应。
当超声波穿过身体时，压电材料会将反射回来的波转化为电信号，最后形成影像。
这一技术让很多病症能够早发现、早治疗，真是医疗界的福音。
试想一下，要是没有这些技术，很多疾病可能就会错过最佳治疗时机，那可真是得不偿失啊。
除了这些严肃的应用，还有些好玩儿的东西。
[工学]压电陶瓷 论文
![[工学]压电陶瓷 论文](https://img.taocdn.com/s3/m/2a562852cf84b9d528ea7a6d.png)
学校代码： 1 1 0 5 9学号：0803011017Hefei University毕业论文BACH ELOR DISSERTATION论文题目：压电陶瓷Na0.515K0.5(Nb1-x Sb x)O3制备及性能研究学位类别：工学学士学科专业：粉体材料科学与工程作者姓名：王正导师姓名：尹奇异完成时间：2012年6月压电陶瓷Na0.515K0.5(Nb1-x Sb x)O3的制备及性能研究中文摘要压电陶瓷能够自适应环境的变化实现机械能和电能之间的相互转化，具有集传感、执行和控制于一体的特有属性。
近几年关于压电陶瓷的研究越来越受人们的关注，同时也发现了它的许多优越性，但是也存在缺陷，比如含铅压电陶瓷中就含有对环境有污染的铅，而环境是人类生存和发展的基础，因此，保护环境，发展环境协调型材料及制备技术，是二十一世纪材料科学发展的必然趋势。
因此本文利用了传统的固相烧结法研究了Na0.515K0.5(Nb1-x Sb x)O3无铅压电陶瓷，并且对其性能以及一些常数进行了测定，譬如压电系数d33，介电常数εr，介电损耗tanδ，机械品质因数Q m，机电耦合系数K p，频率常数N，居里温度T，弹性系数。
通过测定得到结论：烧结温度T=1120℃，掺杂量x=0.06时，样品的压电常数为d33=115pC/N，机电耦合系数为K p=0.205，机械品质因数为Q m=73，介电常数为值εr=701，介电损耗为tanδ=0.385可以制得压电性能和铁电性能良好的压电陶瓷。
关键词：无铅压电陶瓷；烧结温度；固相法；压电性能；铁电性能AbstractThe piezoelectric ceramic to adaptive environmental changes to achieve the mutual conversion between mechanical energy and power, has a set of sensing, execution and control in one unique property. In recent years, more and more research about the piezoelectric ceramic is attention, and found that many of its superiority, but there are defects, such as lead piezoelectric ceramic containing lead pollution on the environment, and environmental is the basis of human survival and development, therefore, protecting the environment, developing environment, coordination of materials and preparation techniques, is the inevitable trend of development of materials science of the twenty-first century.In this paper, the traditional solid-phase sintering of the Na0.515K0.5 (Nb1-x Sb x) O3 lead free piezoelectric ceramics, and its performance as well as some of the constants were determined, such as piezoelectric coefficient d33of the dielectric constant εr and dielectric loss tanδ, the mechanical quality factor of Q m, electromechanical coupling factor K p frequency constant N, Curie temperature T, the coefficient of elasticity. Conclusion: By measuring the sintering temperature is 1120 ℃, the doping level x is 0.06, the piezoelectric constant of the sample for 115pC / N, electromechanical coupling coefficient is 0.205, mechanical quality factor is 73, the dielectric constant value is 701, dielectric loss tanδis 0.385, it can be obtained good piezoelectric properties and ferroelectric properties of piezoelectric ceramics.Key words：Lead-free piezoelectric ceramics; sintering temperature; solid-phase method; piezoelectric properties; ferroelectric properties目录第1章前言 (1)1.1 功能陶瓷 (1)1.1.1 功能陶瓷的定义 (1)1.1.2 功能陶瓷的发展 (1)1.2 压电陶瓷 (2)1.2.1 压电陶瓷的概念 (2)1.2.2 压电陶瓷的分类 (3)1.2.3 压电效应 (3)1.2.4 压电陶瓷的发展历史 (5)1.2.5 压电陶瓷的表征参数 (6)1.2.6 压电陶瓷的应用 (10)1.3 无铅压电陶瓷 (16)1.3.1 无铅压电陶瓷的定义 (16)1.3.2 无铅压电陶瓷的体系 (16)1.4 选题依据及研究内容 (16)第2章陶瓷制备工艺 (18)2.1 无铅压电陶瓷的制备工艺 (18)2.1.1 实验主要原料及设备 (18)2.1.2 实验步骤 (18)2.2 测试性能前的准备 (20)第3章压电陶瓷Na0.515K0.5(Nb1-x Sb x)O3的性能研究 (22)3.1 温度、掺杂量对压电性能的影响 (22)3.1.1 温度、掺杂量对压电常数的影响 (22)3.1.2 温度、掺杂量对机电耦合系数的影响 (23)3.1.3 温度、掺杂量对机械品质因数的影响 (23)3.2 温度、掺杂量对介电性能的影响 (24)3.2.1 温度、掺杂量对介电常数的影响 (24)3.2.2 温度、掺杂量对介电损耗的影响 (25)3.3 压电陶瓷Na0.515K0.5(Nb1-x Sb x)O3的铁电性能 (25)3.4 SEM分析 (27)第4章实验总结 (28)4.1 实验结论 (28)4.2 试验中存在的不足 (28)参考文献 (29)致谢 (32)第1章前言1.1功能陶瓷1.1.1功能陶瓷的定义功能陶瓷是一类颇具灵性的材料，它对电、磁、光、热、化学、生物等现象或物理量有很强反应，或能使上述某些现象或量值发生相互转化的陶瓷材料。
电力高工发表文章压电纳米带及其测试方法
电力高工发表文章压电纳米带及其测试方法目前，无论是在国内还是国外，压电纳米材料已成为一个热点的研究课题，本文是电力高工发表文章，介绍了压电纳米材料的主要性能及其微观机理，国内外研究现状。
讨论了几种主要的制备和表征的方法，及其优缺点。
对其力学性能做了详细分析。
摘要：压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
因为其存在压电效应，所以施加作用力在压电材料上，压电材料就会产生电位差，我们称这种现象为正压电效应;相对应的，对压电材料施加电场的时候，会引起机械应力，我们称这种现象为逆压电效应[1]。
关键词：压电材料,纳米带,力学性能,电力高工发表文章1. 压电纳米材料简介由于压电材料具有特的物理和化学性能，其已经广泛应用于我们生活和工作的各个领域，如制动器、传感器等[2]。
随着器件制备技术的发展和进步，器件越来越趋向于微型化，其尺寸已经步入微纳米级别。
相对应的，越来越多的材料也向小尺寸发展。
压电纳米材料，如压电纳米带和压电薄膜等纳米尺寸材料，由于具有独特的力电耦合性能及尺寸小的特点，广泛应用于微电子器件等领域。
它们常常以薄膜或纳米带等形式生长在基底材料的表面上，其尺寸在纳米到微米量级。
2. 压电纳米带及压电薄膜材料的力学性能压电纳米材料，如压电薄膜、压电纳米带，不管是用于功能性元器件或者结构性元器件，其力电性能对它的应用具有非常重要的意义[6]。
其基本力学性能一般都包括弹性性能、断裂韧性、残余应力及界面强度等。
弹性性能作为压电纳米材料最基本的力学性能，对于压电纳米材料的应用有着重要的作用，其一般可以用弹性常数来表征。
我们一般把压电薄膜和压电纳米带材料看成横观各向同性材料，其弹性性能在一个面内是具有各向同性，而在垂直于这个各向同性面的方向是异性的。
因此，压电薄膜和压电纳米的弹性常数可以由五个独立的弹性顺度系数来表征：横向和纵向杨氏模量、纵向剪切模量、横向和纵向泊松比。
压电纳米材料不同于一般的陶瓷材料，其断裂韧性很复杂，不能简单的用断裂韧性数值来表征，不同的极化方向，相对应的断裂韧性也会不同。
材料压电性能的提升研究
材料压电性能的提升研究引言：材料科学与工程领域一直致力于开发新型材料，以提高性能和应用范围。
压电材料是其中一类具有特殊性能的材料，具有压电效应，即在施加压力时产生电荷分布不均，从而产生电位差。
压电材料的研究旨在进一步提升其性能，以满足不同领域的应用需求。
一、结构调控研究人员发现，通过调控压电材料的结构，可以对其压电性能进行改善。
一种常用的方法是引入微纳结构，如纳米颗粒、纳米线等，以增加材料的比表面积。
增加比表面积可提高材料的电荷分布不均性，从而增强压电效应。
此外，改变材料的晶体结构、界面结构等也可以改善压电效应。
二、添加杂质杂质的添加是提升材料压电性能的一种常用方法。
添加适量的杂质可改变材料的电荷分布，从而增强压电效应。
研究人员通过添加元素或化合物来改变材料的晶格结构，进而提升其压电性能。
此外，添加适量的稀土元素、过渡金属等也被发现可以显著提高材料的压电性能。
三、控制制备工艺材料的制备工艺对其压电性能的提升起着重要作用。
研究人员通过控制合成温度、时间，以及其他工艺参数，调控材料的晶体结构、晶粒尺寸等，从而改变其压电性能。
例如，采用特定的烧结工艺可以增加晶界的数量及其柔韧性，并提高材料的电荷分布不均性，从而增强压电效应。
四、新型材料的研发除了对现有材料的改进研究，科学家们还不断探索新型压电材料。
例如，钙钛矿型压电材料由于其良好的压电性能和光学特性，引起了广泛的关注。
此外，二维材料、混合框架材料等也被认为具有巨大的潜力。
通过研发新型材料，能够进一步提升压电效应，使压电材料在能源、传感器、储存等领域发挥更大的作用。
结语：材料压电性能的提升研究涉及多个方面，包括结构调控、添加杂质、控制制备工艺以及新型材料的研发。
通过这些方法，我们可以进一步改善压电材料的性能，拓展其在不同领域的应用。
未来，随着研究的深入和技术的进步，相信压电材料将会在能源转换、传感器技术等领域发挥更加重要的作用。
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压电效应与压电材料
摘要：06年是居里皮尔与杰克斯发现压电效应（piezoelectric effect）的一百周年。
压电效应是指某些电介质当沿着一定方向对其施力使它变形其内部就会产生极化现象，同时
在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，它又重新恢复到不带电的状态的现
象。压电材料就是指受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料，利用压电材料的特
性可实现机械振动（声波）和交流电的相互转换。压电材料在生活中广泛应用，为人民服务，
创造美好的生活。
关键词：压电效应，压电晶体，压电陶瓷，换能器
引言：当您将钮轻轻一拧，煤气灶迅速燃起蓝色火焰，您可曾意识到是什么带给
您的这份便利呢？将一块看起来平淡无奇的陶瓷接上导线和电流表，用手在上面
一摁，电流表的指针也跟着发生摆动，竟然产生了电流，岂非咄咄怪事？其实，
这是压电陶瓷，一种能将机械能和电脑相互转换的功能陶瓷材料。这种奇妙的材
料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。
1、压电效应概述
1.1压电效应的定义：某些电介质当沿着一定方向对其施力使它变形其内部就会
产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，它
又重新恢复到不带电的状态。我们把这种现象称为压电效应。
1.2压电效应分类压电效应分为正压电效应和负压电效应。正压电效应当晶体受
到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生
符号相反的电荷，当外力撤去后晶体又恢复到不带电的状态当外力作用方向改变
时电荷的极性也随之改变晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。通过此
过程把机械能转化成电能的现象称为正压电效应负压电效应。当在电介质极化方
向施加电场引起晶体机械变形的现象称为负压电效应。它是压电效应的逆效应。
其产生的原因是压电晶体中的晶格在电场力的作用下产生较强的内应力而导致
变形。压电晶体在交变电场的作用下其内应力和形变都会发生周期性变化从而
产生机械振动。也称为电致伸缩效应。
1.3压电效应的特性与作用由压电效应原理可知，当作用力的方向改变时，电
荷的极性也随之改变。因此压电材料可实现机械能—电能量的相互转换。
1.4压电效应的历史和发展压电效应是1880年由法国著名物理学家，放射学先
去皮埃尔•居里先生和雅克•保罗•居里发现的。他们发现某些晶体特别是石英等
受到挤压或者拉伸力的作用后，会在相对的两个平面上产生异号电荷，且密度与
电压成正比。一旦电荷出现，放点过程的发光便相伴而生。由此可知，当石英晶
质体绵延几公里的时候，震前上百巴的应力变化足以造成百万伏的触发电压，低
空的放点发光便在情理之中。经过一百多年的研究，人们发现压电效应有两种机
械能转变为电能是正效应，相反为逆效应。而且有20多种晶体均含有压电效应。
人工已经合成了大量的性能更佳的压电陶瓷材料，不仅发现压电材料在机械能
电能、热能、光能之间有相互转换的良好关系，还发现人体组织、毛发和骨骼都
有生物压电效应。我们日常使用的打火机、音响、手机、电子表等等都使用了压
电材料。目前这种材料制成的产品已广布于各个领域。
2、压电晶体
2.1什么是压电晶体有一类十分有趣的晶体，当你对它挤压或拉伸时，它的两
端就会产生不同的电荷。这种效应被称为压电效应。能产生压电效应的晶体就叫
压电晶体。水晶α-石英是一种有名的压电晶体。
2.2晶体有无压电效应的判断晶体不受外力作用时，晶体的正负电荷中心相重
合，单位体积中的电矩极化强度等于零，晶体对外不呈现极性。而在外力作用下
晶体变形时，正负电荷的中心发生分离，此时单位体积中的电矩不再为零，晶体
表现出极性另外一些晶体由于具有中心对称的结构。无论外力如何作用，晶体正
负电荷的中心总是重合在一起，因此这些晶体不会出现压电效应。
2.3压电晶体的功能(1)压电效应当外力加于晶体上时晶体发生形变导
致在受力的两个晶面上出现等量异号的电荷。压力产生的极化电荷与拉力产生的
极化电荷的方向相反。极化电荷的多少与外力引起的形变程度有关。压电效应产
生的原因是在外力作用的方向上由于晶体发生形变造成晶格间距的变化
使得晶粒的正负电荷中心发生分离从而产生极化现象。(2)电致伸缩效应压
电晶体在电场力的作用下发生形变的现象叫做电致伸缩效应。它是压电效应的
逆效应。其产生的原因是压电晶体中的晶格在电场力的作用下产生较强的内应
力而导致变形。压电晶体在交变电场的作用下其内应力和形变都会发生周期性
变化从而产生机械振动。(3)热电效应某些压电晶体通过温度的变化可以改
变极化状态从而在某些相对应的表面上产生极化电荷这种现象叫做热释电
效应。反之这种晶体在外电场作用下其温度会发生显著变化这种现象叫做
电生热效应。热释电效应的发生源于晶体的各向异性是由于晶体在不同方向上
的线膨胀系数不同而引起的。
2.4常见压电晶体材料闪锌矿zincblende、钠氯酸盐sodiumchlorate
、电气石tourmaline、石英quartz、酒石酸tartaricacid、
蔗糖canesuger、方硼石boracite、异极矿calamine、黄晶
topaz及若歇尔盐Rochellesalt。这些晶体都具有非晶方性
anisotropic结构晶方性isotropic材料是不会产生压电性的。
2.5压电晶体的常见应用
2.5.1压电陶瓷压电陶瓷是功能陶瓷中应用极广的一种。日常生活中很
多人使用的“电子打火机”和煤气灶上的电子点火器就是压电陶瓷的一种应用。
点火器就是利用压电陶瓷的压电特性向其上施加力使之产生十几kV的高电
压从而产生火花放电达到点火的目的。压电陶瓷实际上是一种经过极化处理
的、具有压电效应的铁电陶瓷。它是能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材
料。它是在1946年当有人证实了钛酸钡陶瓷有铁电性之后开始问世的差不多
十年之后贾菲Jaffe等又发现PbTi03-PbZrO2系即所谓PZT系及后来
又发现的mPZT为基的三元系压电陶瓷和铌酸盐系压电陶瓷。使压电陶瓷的性能
和可应用性有了极大的提高。特别是三元系压电陶瓷的出现使压电陶瓷在选择
一定耦合系数、温度特性方面有了较大的余地能满足多种电子仪器的要求从
而使压电陶瓷的应用范围大大增加了。例如陶瓷滤波器和陶瓷鉴频器电声换能
器水声换能器声表的波器件电光器件红外探测器件和压电陀螺等都
是压电陶瓷在现代电子技术中的应用。
2.5.2压电性特异的多元单晶压电体传统的压电陶瓷较其它类型的压电
材料压电效应要强从而得到了广泛应用。但作为大应边高能换能材料传统
压电陶瓷的压电效应仍不能满足要求。于是近几年来人们为了研究出具有更优
异压电性的新压电材料做了大量工作现已发现并研制出了
Pb(A1/3B2/3)PbTiO3单晶A=Zn2+,Mg2+。这类单晶的d33最高可达
2600pc/N(压电陶瓷d33最大为850pc/N),k33可高达0.95压电陶瓷K33最高
达0.8其应变>1.7%几乎比压电陶瓷应变高一个数量级。储能密度高达
130J/kg而压电陶瓷储能密度在10J/kg以内。铁电压电学者们称这类材料的
出现是压电材料发展的又一次飞跃。现在美国、日本、俄罗斯和中国已开始进行
这类材料的生产工艺研究它的批量生产的成功必将带来压电材料应用的飞速
发展。
参考文献：
[1] 许小红，武海顺，2002，压电薄膜的制备，结构与应用，北京，科学出版社。
[2] 张福学，2001，现代压电学（上册），北京，科学出版社
[3] 三思科学杂志，2005年第3期，15-18