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《螺旋形压电复合材料的制备和性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第一章绪论第一章绪论1.1压电复合材料的发展历史从1880年居里(Curie)兄弟首先发现了石英晶体存在压电效应开始，1855年药剂师塞格涅特(Seignette)在法国罗谢尔(Ro—ehelle)研究并制造出罗谢尔盐(酒石酸钾钠晶体)，于1921年由罗谢尔盐的介电性反常的测量中，人们在历史上第一次发现了铁电性，从而开启人类对于材料铁电性的认知。第二次世界大战期间，众多科研者又先后研制出磷酸二氢铵(ADP)、铌酸锂等压电晶体及具有良好压电性能的钛酸钡陶瓷。直到1954年美国的Jaffe等发现了锆钛酸铅(PZT)陶瓷的压电性，才真正在实际应用
2、领域中迎来的压电材料的黄金阶段。并在此之后的几十年间PZT材料以其较强且稳定的压电性能成为压电换能器的主要材料，在工业宏观声学、无损探测、医疗诊断、水下通信领域得到了广泛应用[1]。但是压电陶瓷材料并不是万能的，在使用过程中人们发现，其硬而脆的特性给成型加工带来困难,不能获得任意形状,而且耐冲击性能较差,使其应用受到严重制约，声阻抗大不易与介质匹配等一系列的问题。所以，人们对新型压电材料的探索和研究的脚步一直都未曾停止过。到了1969年，日本的Kawai发现了聚偏二氟乙烯(PVDF)具有压电性[2]。PVDF材质柔韧、低密度、低声阻抗与水的
3、接近，能很好地与水介质匹配和高压电电压常数g33等一系列的优点使其成为制作宽频带水听器和频率较高的超声换能器的理想材料。但是其制备成本较高,使用温度低且范围小,压电应变常数较低,这些性能缺陷又进一步限制了压电聚合物的应用范围。人们为了开发各种水声传感器,试图寻找一种兼有陶瓷和聚合物两者优点,既具有高的辐合系数、压电常数,又具有低的密度、低的声阻抗和好的柔韧性,能和水及人体软组织、人体皮肤很好的藕合,以满足水声工程、医学声成像和超声检测等高新技术的需求，并能抑制各自缺点的新材料。1972年,日本的北山一中村试制了PVDF-BaTiO3的柔性复
4、合材料,开创了压电复合材料的历史[3]。最初的设想非常简单，仅仅将压电陶瓷粉末和有机聚合物按一定比例进行机械混合,以期得到具有两相各自优点的“最佳性能”的材料。这就是压电复合材料的最基本和简单的形式，即，0-3型压电复合材料。1976年,美国海军研究实验室分别利用较小的PZT颗料(直径为5~10um)和很大的颗粒(直径达2.4mm)填充到聚合物中制成压电复合材料来研究压电陶瓷颗粒尺寸对整个复合材料性能的影响[4]。至1第一章绪论1978年，美国宾夕法尼亚大学的R.E.Newnham等在对这种简单的压电陶瓷颗粒填充聚合物基体的压电复合材料的研
5、究基础上，分析了颗粒尺寸的变化过程中，作用机理也随之不同，而首先提出了“连通性”的概念，并且在此基础上提出了“串并联模型”，以此来对压电复合材料的性能参数进行预测。这些理论成为以后的理论研究和开发新连接类型的压电复合材料的基础[5,6]。1.1压电复合材料的研究现状1.2.1压电复合材料的定义和分类压电复合材料，简单的说就是经两相或多相材料按照一定的复合模式构成具有压电性能的复合材料。通常它能集两相的优势于一身，同时又能很好地避免各自的缺点，这是复合材料能够受到众多科研者普遍关注的重要原因。根据组成复合材料的组分的种类的不同可以将压电复合材
6、料分为以下种类：(1)陶瓷聚合物基压电复合材料(2)晶体聚合物基压电复合材料压电复合材料包括(3)陶瓷水泥基压电复合材料(4)陶瓷金属基压电复合材料图1-1组分种类不同的压电复合材料Fig.1-1piezoelectriccompositematerialswithdifferentComponents●对于陶瓷金属基压电复合材料的研究开始于20世纪末，与其他种类的压电复合材料相比时间很短，实际上这种压电复合材料就是由压电陶瓷块体与金属顶盖之间的直接复合，并且根据顶盖的不同形状和与陶瓷材料的结合状态分为Moonie型结构和Cymbal型结构
7、。金属顶盖的作用就是力的传递和转化，它可以将垂直方向上的力转化为压电陶瓷垂直方向和径向的伸缩力，所以此时对于压电陶瓷来说，其纵向的d33和径向的d31是相加的关系能进一步提高压电复合材料的静水压压电应变系数dh，而不是和其他压电材料一样二者相减，这是陶瓷金属基的压电复合材料的最大的特点，其次，在实际应用当中，既可以利用其d33和Kt模式，又可以充分利用d31和K15模式，进一步提高了材料的压电性能，增强器可用性[7]。2第一章绪论●陶瓷水泥基压电复合材料制备的传感器和换能器主要应用于混凝土材料和土木结构材料中，特殊的工作环境要求材料必须具有
8、形状稳定性，热膨胀系数相互严格匹配，且抗老化性能优良。目前研究的最多的陶瓷水泥基压电复合材料主要为0-3型、1-3型、2-2型。山东大学的JuChao和济南大学的HuangShi
