電子化學材料概論

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1、電子化學材料概論壓電材料的應用班級：化材三甲學號：4A040007姓名：黃智宏壓電原理压电现象是100多年前居里兄弟硏究石英时发现的。那么，什么是压电效应呢？4：止圧低0宜.B：空吐也毁只囲1・4H*M压电材料当你在点燃煤气灶或热水器时，就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压，进而将电能引向燃气的出口放电。于是，燃气就被电火花点燃了。压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），

2、反之施加电压，则产生机•械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机■电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如，压电材料已被用來制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在來來的飞行器设计中占有重要的地位。二、構想第一类是无机压电材料，分

3、为庄电品体和压电陶瓷，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。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴，铁电畴由自发极化方向反向平行的180畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成，这些电畴在人工极化（施加强直流电场）条件下，自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度，因此具有宏观压电性。如：钛酸锁BT、铅钛酸铅PZT、改性铅钛酸铅、偏祝酸铅、祝酸铅锁锂PBLN、改性钛酸铅PT等。这类材

4、料的硏制成功，促进了声换能器，压电传感器的各种压电器件性能的改善和提高。压电晶体一般指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。如水晶（石英晶体）、稼酸锂、縮酸锂、错酸钛以及铁晶体管锐酸锂、锂酸锂等。相比较而言，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较人、稳定性差，因而适合于人功率换能器和宽带滤波器等应用，但对高频、高稳定应用不理想。石英等压电单晶压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高，多用來作标准频率控制的振子、高选择性压电材料晶体（多属高频狭带

5、通）的滤波器以及高频、高温超声换能器等。近來由于祝镂酸铅Pb（Mgl/3Nb2/3）O3单晶体（Kp$90%,d33^9OOxlO-3C/N,£$20,000）性能特异*国内外上都开始这种材料的硏究，但由于其居里点太低，离使用化尙有一段距离。第二类是有机压电材料，又称止电聚合物，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。这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数仗）等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，现在水声超声测量，压力传感，弓燃引爆等方面获得应用。不足之处是压电应变常数（d）偏低，使之作为有源发射换能器受到很人的限制。第三类是复合压

6、电材料，这类材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的应用。如果它制成水声换能器，不仅貝有高的静水压响应速率，而且耐冲击，不易受损且可用与不同的深度。設計步压电材料的应用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能•电能换能器应用，包括电声换能器,水声换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。1、换能器：换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应,而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片在外电场驱动下的弯曲振动，利用上

7、述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。目前对压电聚合物电声器件的硏究主要集中在利用压电聚合物的特点，硏制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声功能的器件•如抗噪声电话、宽带超声信号发射系统等。压电聚合物水声换能器硏究初期均瞄准军事应用，如出于水下探测的人面积传感器阵列和监视系统等,随后应用领域逐渐拓展到地球物理探测、声波测试设备等方面。为满足特定要求而开发的各种原型水声器件，采用了不同类型和形状的压电聚合物材料,如薄片、薄板、叠片、圆筒和同轴线等，以充分发挥压电聚合物高弹性、低密度、易于制备为