《材料的功能转换》PPT课件

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1、张量张量是一组有规则的数，这些数就叫做张量的元素，有时也叫做分量。三维笛卡儿坐标系在笛卡儿坐标系中，任一矢量P可以按照一组单位基矢ei（i=1,2,3）展开为则矢量的三个坐标分量x1，x2，x3均为数量，且就是矢量端点P的坐标（x1，x2，x3）。特别在正交坐标系中，它们恰好等于矢量P在各个单位基矢上的投影。由上图可以看出，每一个坐标（或坐标分量）只须用一个数就可以表示，所以叫做标量。每一个矢量P却不能只用一个数来表示（这里需要三个数），而是需要用多个分矢量1、一阶张量（矢量）2、二阶张量3、三阶张量4、四阶张量动画热膨胀压热效应形变热热压力热电效应电热效应

2、电位移引起熵的极化热压电效应逆压电效应选择9个应力分量和1个温度T作为独立变量，由此可确定材料的状态以及应变分量和熵S。对于单位体积，有---代表9项求和上面两式共代表10等式，每个等式的右边都有10项。（i，j=1，2，3）恒定温度下的弹性柔度恒定压力下的热膨胀系数恒温下应力引起的熵变化温度变化但应力恒定时产生的热，即恒定应力下的单位体积的热容量微分项的物理意义：选择外层参量（）为独立变量，由此确定从属变量（）。弹性逆压电性热膨胀正压电性介电性热电性压热效应电热效应热容性三个等式实际包含9+3+1=13个等式，每个等式的右边又含有9+3+1=13项（动画）

3、斜率为k0的直线段负值动画D平行于E：曲线A代表电场缓慢变化时D与E关系；曲线B为电场以光频变化时两者的关系；当一束光波穿过晶体材料，因光波而引起的振动采用经过原点的双箭头表示，则折射率正比于曲线B在原点处斜率的平方根；若施加一个静电场E0，使得静电作用下的D与E处于P点，此时由通过晶体的光波引起的振动，采用经过P点的双箭头C表示，这种的新折射率会比曲线A在P点斜率小。电光效应是C点斜率随偏压电场E0变化而改变的一个量度。电场E0反向：晶体材料具有对称中心，折射率相等克尔效应动画铁电陶瓷的晶体结构不具有对称中心，存在极化轴，正、负电荷中心不重合，有自发极化P

4、s存在。Ps可以随外加电场转向，在外电场去除后，还能保持一定值——剩余极化Pr。人工极化过程：利用铁电材料晶体结构的这种特性，可以对烧成后的铁电陶瓷在一定条件下（温度和时间），用强直流电场处理，使之在沿电场方向显示出一定的净极化强度。经过极化处理后，烧结的铁电陶瓷将由各向同性变成各向异性，因此具有铁电效应。机械品质因数：压电振子在谐振时储存的机械能与在一个机械振动周期内消耗的机械能之比，反映压电体振动时因内阻尼而消耗的能量的多少。品质因数一般越大越好。压电材料石英晶体研究较早，机电性能稳定，没有内耗，在频率稳定器、扩音器、电话、钟表等领域有广泛应用。酒石酸钾

5、钠、磷酸二氢铵、钽酸锂、铌酸锂、碘酸锂等铌酸锂使用最多，属畸变的钙钛矿结构，其单晶机电耦合系数大，传输损耗小，具有优良的压电性能。钛酸钡（BaTiO3）第一个被发现可以制成陶瓷的铁电体。压电材料的应用微声技术（压电半导体）ⅡB-ⅥA族化合物：CdS、CdSe、ZnO、ZnS、ZnTe、CdTe等ⅢA-ⅤA族化合物：GaAs、GaSb、InSb、InAs、AlN等用得最多的是CdS、CdSe、ZnO水声转换器压电材料水声转换器是利用正、逆压电效应以发射声波或接收声波来完成水下观察、通信和探测工作。超声技术利用压电材料的逆压电效应，在高驱动电场下产生高强度超声波

6、，以此作为动力，应用在超声清洗、超声乳化、超声焊接、超声打孔、超声粉碎、超声分散等高电压发生器利用了压电材料的正压电效应，将机械能转换成电能，产生的电压很高。应用在压电点火器、引燃引爆装置、压电开关、小型电源。电声器件利用压电材料的优良的机电性能、高的化学稳定性，制成拾音器、扬声器、蜂鸣器等。压电材料的应用动画晶体中存在热释电效应的前提具有自发极化，即晶体结构中的某些方向存在固有电矩。具有对称中心的晶体将不可能具有热释电效应。只有晶体的结构中存在着与其他极轴不相同的唯一极轴（极化轴）时，才有可能因热膨胀而引起总电矩的变化，即出现热释电效应。热释电晶体中一定存

7、在压电效应，压电晶体不一定具备热释电效应。热释电晶体：热膨胀（在各个方向）引起正、负电荷中心的相对位移。压电晶体：机械力沿一定方向引起正、负电荷中心的相对位移。热释电晶体作红外探测器的工作原理当红外热辐射照到晶片上时，其温度变化率：dT/dt垂直于热电轴方向的晶体单位表面的电荷发生变化：dQ/dt=dP/dt热释电电压ΔVΔV=AR(dQ/dt)=AR(dP/dt)=ARpi(dT/dt）A——两极板面积；R——负载电阻；Q——晶体表面的电荷面密度P——自发极化强度pi——晶体热释电系数可见，热释电晶体两极板输出的信号电压与红外辐射的温度变化率成正比。通过测

8、量信号电压的变化实现了对远距离热辐射目标温度变化率的