第三章 压电、热释电与铁电材料ppt课件.ppt

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1、第三章压电、热释电与铁电材料第三章压电与铁电性能压电性能；热释电性；铁电性能。1880年，J.Curie和P.Curie兄弟首先发现压电效应；1920年，Valasek发现铁电体；40年代中期，压电材料开始广泛应用。60-70年代达成熟阶段。对晶体对称性的研究，法国居里发现压电效应。PierreCuriewasborninParis,onMay15,1859.PierrewaskilledinastreetaccidentinParisonApril19,1906某些物质沿其一定的方向施加压力或拉力时，随着形变的产生，会在其某两个相对的表面产生符号相反的电荷（表面电荷的极性与拉、压有关）

2、，当外力去掉形变消失后，又重新回到不带电的状态，这种现象称为“正压电效应”——机械能转变为电能；反之，在极化方向上（产生电荷的两个表面）施加电场，它又会产生机械形变，这种现象称为“逆压电效应”——电能转变为机械能。具有压电效应的物质（电介质）称为压电材料。一、压电效应的基本原理1压电现象FF极化面Q压电介质机械能电能正压电效应逆压电效应压电效应及可逆性(a)(b)(c)(d)2、压电效应的物理机制(1)压电单晶晶体内部正负离子的偶极矩在外力的作用下由于晶体的形变而被破坏，导致使晶体的电中性被破坏，从而使其在一些特定的方向上的晶体表面出现剩余电电荷而产生的。(1)压电单晶(2)压电陶瓷压电

3、陶瓷的压电效应机理与压电单晶大不相同，未经极化处理的压电陶瓷材料是不会产生压电效应的。压电陶瓷经极化处理后，剩余极化强度会使与极化方向垂直的两端出现束缚电荷（一端为正，另一端为负），由于这些束缚电荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外界的自由电荷，并使整个压电陶瓷片呈电中性。当对其施加一个与极化方向平行或垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚电荷层的间距变小，一端的束缚电荷对另一端异号的束缚电荷影向增强，而使表面的自由电荷过剩出现放电现象。当所受到的外力是拉力时，将会出现充电现象。(2)压电陶瓷（3）压电效应产生的条件晶体结构没有对称中心。压电体是电介质。其结构必须有带正负电荷的

4、质点。即压电体是离子晶体或由离子团组成的分子晶体。（4）压电材料的压电常数张量表示的必要性：xzT3(D1)T2T1T4T6T5(D3)(D2)yT1～T3分别为沿x、y、z轴的正应力（或应力分量），T4～T6分别为绕x、y、z轴的切向应力，D1～D3分别是x、y、z表面由于压电效应而产生的电荷面密度。[]úúúûùêêêëé---=úúúûùêêêëé=úúúûùêêêëé=00000020000000000000000000011141411112625141211363534333231262524232221161514131211dddddddddddddddddddddddd

5、dddddij石英晶体BaTiO3陶瓷因为晶体对称原因，只有以上几个压电应变常量不为零，其他都为零．二、压电振子的谐振特性压电振子：极化后的压电体。谐振的产生：对压电振子施加交变电场，当电场频率与压电体的固有频率一致时，产生谐振。1谐振特性谐振频率：形成驻波的频率。形成驻波的条件：L=n/2振动频率：fr=u/（u----声波的传播速度，与物体的密度和弹性模量有关）谐振线度尺寸与频率的关系：L=n（u/fr）/2n=1,频率为基频，其它为二、三次等泛频，当发生谐振时，电流与电压同相，发生在振子阻抗最小(电流最大)的频率fm附近，此频率为最小阻抗频率。频率继续增大，阻抗达到一个极大值，

6、相应的频率fn叫做反谐振频率。压电振子的阻抗频率变化反谐振阻抗频率f谐振fm1fn1＊2晶体振荡电路（1）石英晶体的谐振特性与等效电路石英晶体谐振器是晶振电路的核心元件,其结构和外形如图7.12所示。石英晶体谐振器是从一块石英晶体上按确定的方位角切下的薄片,这种晶片可以是正方形、矩形或圆形、音叉形的,然后将晶片的两个对应表面上涂敷银层,并装上一对金属板,接出引线,封装于金属壳内。为什么石英晶体能作为一个谐振回路,而且具有极高的频率稳定度呢？这要从石英晶体的固有特性来进行分析。物理学的研究表明，当石英晶体受到交变电场作用时，即在两极板上加以交流电压，石英晶体便会产生机械振动。反过来，若对石

7、英晶体施加周期性机械力，使其发生振动，则又会在晶体表面出现相应的交变电场和电荷,即在极板上有交变电压。当外加电场的频率等于晶体的固有频率时，便会产生“机—电共振”，振幅明显加大，这种现象称为压电谐振。它与LC回路的谐振现象十分相似。图7.12石英晶体谐振器(a)石英晶体振荡器；(b)外形图压电谐振的固有频率与石英晶体的外形尺寸及切割方式有关。从电路上分析,石英晶体可以等效为一个LC电路,把它接到振荡器上便可作为选频环节应用。图7.