材料物理-压电ppt.ppt

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1、压电材料张洋20111340149压电材料一认识压电材料二压电效应三压电材料的分类四压电材料的应用五压电材料的发展现状六总结压电材料一认识压电材料二压电效应三压电材料的分类四压电材料的应用五压电材料的发展现状六总结一认识压电材料1942年在BaTiO3陶瓷上获得了压电陶瓷的电压性。飞跃。但与两类铁电体相比也有缺点。50年代美国日本先后利用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、高频换能器、压力传感器、滤波器等的应用研究。1955美国B.Jaffe等人更优越的PZT（锆钛酸铅）压电陶瓷，促使压电器件的应用研究又大大地向前推进了一大步。后来PLZT透明压电陶瓷使压电陶瓷的应用扩展到光学领域

2、。迄今压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。一认识压电材料什么是压电材料？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。压电石英晶体材料换能器压电材料的主要工程参数1、压电常数d33压电常数是反映力学量（应力或应变）与电学量（电位移或电场）间相互耦合的线性响应系数。当沿压电陶瓷的极化方向（z轴）施加压应力T3时，在电极面上产生电荷，则有以下关系式：式中d33为压电常数，足标中第一个数字指电场方向或电极面的垂直方向，第二个数字指应力或应变方向；T3为应力；D3为电位移,它是压电介质把机械能（或电能）转换为电能（或机械能）的比例常数，反映了应力（T）、应变（

3、S）、电场（E）或电位移（D）之间的联系，直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的强弱。2、机电耦合系数Kp机电耦合系数K是一个综合反映压电陶瓷的机械能与电能之间耦合关系的物理量，是压电材料进行机—电能量转换能力的反映。机电耦合系数的定义是：或压电陶瓷振子（具有一定形状、大小和被覆工作电极的压电陶瓷体）的机械能与其形状和振动模式有关，不同的振动模式将有相应的机电耦合系数,。如对薄圆片径向伸缩模式的耦合系数为Kp（平面耦合系数）；薄形长片长度伸缩模式的耦合系数为K31（横向耦合系数）；圆柱体轴向伸缩模式的耦合系数为K33（纵向耦合系数）等。3、机械品质因数Qm压电陶瓷在振动时，为

4、了克服内摩擦需要消耗能量。机械品质因数Qm是反映能量消耗大小的一个参数。Qm越大，能量消耗越小。机械品质因数Qm的定义式是：其中：fr为压电振子的谐振频率fa为压电振子的反谐振频率R为谐振频率时的最小阻抗Zmin（谐振电阻）C0为压电振子的静电容C1为压电振子的谐振电容压电材料一认识压电材料二压电效应三压电材料的分类四压电材料的应用五压电材料的发展现状六总结二压电效应①压电效应-机械能转变为电能某些电介质,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,其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,其又重新恢复到不带电状态，这种现象称压电效应。●正压电效应当作用

5、力方向改变时,电荷的极性也随之改变。把这种机械能转为电能的现象,称为“正压电效应”。●压电传感器大都是基于压电材料的正压电效应。二压电效应②逆压电效应--电能转变为机械能当在电介质的极化方向施加电场，某些电介质在一定方向上将产生机械变形或机械应力，当外电场撤去后，变形或应力也随之消失，这种物理现象称为逆压电效应。③电致伸缩效应---电能转变为机械能电介质在电场的作用下会由于极化的变化而引起形变，若形变与电场方向无关，这个现象就称为电致伸缩效应。FF极化面Q压电介质机械能｛电能｝正压电效应逆压电效应压电效应及可逆性二压电效应机械能转变为电能电能转变为机械能正压电效应逆压电效应电致伸

6、缩效应纵向压电效应切向压电效应横向压电效应压电效应压电材料一认识压电材料二压电效应三压电材料的分类四压电材料的应用五压电材料的发展现状六总结①介电常数和压电系数的温度稳定性好在20℃至200℃温度范围内，温度每升高1℃，压电系数仅减少0.016%，当温度达到573℃时（居里点），石英晶体丧失压电特性。②各向异性的晶体，按不同方向切割的晶片，其物理性质相差很大。石英晶体以压电晶体为例，压电效应是由于单晶受外应力时其内部晶格结构变形，使原来宏观表现的电中性状态（正负电荷中心重合）被破坏而产生电极化。压电陶瓷●极化前，各个电畴在晶体上杂乱分布，极化效应被相互抵消，原始的压电陶瓷内极化强度

7、为零；●在外电场作用下，电畴的极化方向趋向于按外电场的方向；●极化处理后，陶瓷内部仍存在有很强的剩余极化强度。●受到压力后，自由电荷过剩出现放电现象。受到拉力，出现充电现象。一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。这是一种具有压电效应的材料。压电陶瓷泛指压电多晶体。如：钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。压电陶瓷压电陶瓷的性能:①很高的压电系数；②居里点温度低；③有热释电现象；④稳定性不如