压电效应与压电材料

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1、压电效应与压电材料摘要：06年足居里皮尔与杰兑斯发现压电效应(piezoelectriceffect)的一*百周年。压电效应足指某些电介质当沿看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ifif上产生符号相反的电荷，当外力去掉后，它乂觅新恢父到不带电的状态的现象。压电材料就是指受到压力作用吋会在两端而间出现电压的品体材料，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。压屯材料在生活巾广泛应用，为人民服务，创造美好的生活。关键词：压电效应，压电品体，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

2、呢？将一块看起來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和反的电荷，当外力去掉后，它乂重新恢复到不带电的状态。我们把这种现象称为压电效应。fwIOHMW++T++(b)1.2压电效应分类压电效应分为正fR电效应和负fR电

3、效应。正灰电效应当品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，当外力撤去后品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S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品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

4、知，当作用力的方向改变时，电府的极性也随之改变。因此扭电材料可实现机械能一电能量的相互转换。机械量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，放点过程的发光便和伴而生。由此可知，当石英晶质体绵延儿公里的时候，震前上百巴的应力变化足以造成百万伏的触发电fR,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

5、冇压电效应。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灰电效应。我们日常使用的打火机、音响、手机、电子表等等都使用了伍电材料。FI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W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伍电品体。水品u-石英是一种有名的灰电品体。具有咔电效怜的晶体+具舍乐电效戍的晶休2.2晶体存无压电效应的判断晶体不受外力作用时，晶体的正负电荷屮心相重合，单位体积

6、中的电矩极化强度等于零，晶体对外不呈现极性。而在外力作川下晶体变形时，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屮心对称的结构。无论外力如何作用，晶体正负电荷的屮心总是重合在一起，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而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。灰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品格间距的变化使得晶粒的正负电荷屮心发生分离从而产生极化现象。（2）电致仲缩

7、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异致变形。汛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品体的各向异性是屮于晶体在不同方向上的线膨胀系