压电材料的制备应用及其研究现状

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1、合犯嗲统HefeiUniversity综述题目压电材料的制备应用及其研究现状课程名称无机材料物理性能指导教师系别/班级姓名学号压电材料的制备应用及其研宄现状摘要：从压电材料的压电效应入手，介绍了压电材料的分类及结构组成。针对不同压电材料在生产实践中的应用情况,列出现阶段压电材料的制备技术。综述丫近年來压电材料的研宄现状，并系统介绍了压电材料在各个领域的应用和发展。关键字：压电材料；压电效应；制备技术；应用；发展1引言*S着高新技术的不断发展，作为促进现代社会进步三大支柱之一的新材料技术业已成为世界各国学者们争

2、相探索和研究的热点领域。特别是进入本世纪七十年代以来，由于电子技术、通讯和控制技术等高技术含量行业的迅速崛起，要求材料的功能化、器件的小型化、结构的智能化程度越来越高，使智能材料的研宄更加受到人们的青睐。目前，可作为智能材料系统中的执行材料主要有压电材料、形状记忆合金、电致伸缩材料、磁致伸缩材料和电流变体等；可作为传感材料的主要有压电材料、光纤系统及其它各类特性的传感器材料，其屮压电材料能够自适应亍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，是智能材料系统中的主导材料。2

3、压电材料概述2.1压电效应压电体，即在受外力情况下可产生电荷（正压电性）或在受外电场情况不可产生形变（逆压电性）的电介质体。1880年，法国著名科学家雅克•居里和皮埃尔•居里在对石英晶体的研宄过程中首次发现正压电效应。不久之后，二人通过理论分析及实验测试证实了逆压电性的存在。2.2压电材料类别第一类是复合压电材料，这类材料是在有机聚合物基底材料屮嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。第二类是有机压电材料，乂称压电聚合物，如偏聚氟乙烯（PVDF）（薄膜）及其它为代表的其他有机压电（薄膜）材料。第三类是无

4、机压电材料，分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体；压电陶瓷则泛指压电多晶体。3压电材料的制备方法3.1无机压电材料块体的制备工艺要制备块体压电材料,首先要制备压电材料粉末，然后在压力机下预压成坯体，分别在6501和850°C预烧2h,再研磨粉碎。在这里主要有2种方法形成块体。（1）把粉末装人所需要形状的模具内加人PVA，在压力机下或采用等静压加lOOMPa压力制成圆片（注意：圆片的直径与厚度之比大于10）,再把圆片放人刚玉板上，在圆片的周围撒一些践仇粉末，然后用刚玉增祸覆盖圆片（目的是使挥发的P

5、b在刚玉柑祸内形成保护气氛，从而减少配比中Pb的损失）；或者在称量吋多称量计算质量5%（—般在做实验时,上述2种方法都采用），一起放人高温炉屮缓慢加温至4阅"C左右（除去PVA）,保温0.5h，然后加温到12（X）°C下保温2h。随炉自然冷却就得到块体无机压电材料。（2）把装有粉末的模具放人热压炉中加压烧结（保护Pb的损失可采用上面提到的方法），当加温到12°C下保温2h。随炉自然冷却就得到块体无机压电材料。制备压电材料粉末主要有以下3种方法：(1)直接混合球磨法以PH为例。将氧化铅、氧化错和氧化钦按一定摩尔

6、比和一定量的无水乙醇(在实验室一般使用无水乙醇，目的是使粉料充分混合和渗透到磨细的颗粒表面，降低粉料的表面能,从而使颗粒不在闭絮成人颗粒;在工业生产屮，为了降低成本,可以使用蒸馏水代替无水乙醇,作用与无水乙醇一样,唯一的区别是无水乙醇能很快蒸发掉)加人球磨机中混匀后，在研钵中研磨使无水乙醇挥发。(1)共沉淀法其基木原理是利用金属离子水解，再将水解的产物与其他离子反应。精确控制沉淀条件可使溶液中的各种金属离子同吋沉淀,然后将它们加热分解，生成复合金属氧化物的纳米粉末。(2)溶胶一凝胶法溶胶一凝胶法是一种借助于胶

7、体分散的制备方法。由于胶体粒径都在儿十纳米以下，且十分稳定，可以使各种金属离子均匀稳定地分布其中。胶体经脱水后就变成凝胶，从而获得纳米粉。以PbTiO3为例，首先将含有结晶水的醋酸铅在80'C下脱水24h,冷却后把醋酸铅溶解在甲醇当中，然后在搅拌条件下滴于钦酸四丁醋形成淡黄色透明溶液,再加人适量水搅拌生成透明溶胶,放置3-5天使其发生水解一聚合反应，将凝胶在13(TC条件下干燥8h,经研磨过筛，得到干胶粉末，最后分别在350°C和600°C温度下热处理2h，即可得到粒度在10一20nm之间的高纯度的PbTi0

8、3陶瓷粉末。3.2无机/聚合物压电复合材料块体的制备自从1978年美国宾州州立人学材料实验的R.E.Ncwnham首先提出简单立方模型和符号。复合材料屮所含有相可以用0,1，2或3维方式自我连通。如果复合材料山2个分量相组成,可以有10种连通方式，即0-0)于0-1，0-2,0-3,1-1，1-2,1-3,2-2,2-3,3-3。符号的第1个数字代表陶瓷压电相的连通维数，第2个数字代表聚合物相的连通