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壓電效應
閱讀�22002時間�2011-05-12 16:03:02

  壓電效應(Piezoelectricity),是材料中一種機械能與電能互換的�(xiàn)��壓電材料會有壓電效應是因晶格內原子間特殊排列方式,使得材料有應力場與電場耦合的效應。壓電效應有正壓電效應及逆壓電效應兩�。壓電效應現(xiàn)象最早是1880年由皮埃爾·居�(Pierre Curie)和雅克·居里(Jacques Curie)兄弟發(fā)�(xiàn)�

歷史

  1880�,居里兄弟首先發(fā)�(xiàn)電氣石的壓電效應,從此開始了壓電學的歷史�

  1881�,居里兄弟實驗驗證了逆壓電效�,給出石英相同的正逆壓電常�(shù)�

  1894�,Voigt指出,僅無對稱中心的二十種點群的晶體才有可能具有壓電效應,石英是壓電晶體的一種代�,它被取得應用�

  次世界大�(zhàn),居里的繼承人郎之萬,利用石英的壓電效應,制成了水下超聲探測�,用于探測潛水艇,從而揭開了壓電應用史篇��

  壓電材料及其應用取得劃時代的進展應歸咎于第二次世界大�(zhàn)中發(fā)�(xiàn)了BaTiO3陶瓷�1947年,美國Roberts在BaTiO3陶瓷�,施加高壓進行極化處理,獲得了壓電陶瓷的電壓性。隨�,日本積極開展利用BaTiO3壓電陶瓷制作超聲換能�、高頻換能器、壓力傳感器、濾波器、諧振器等各種壓電器件的應用研究,這種研究一直進行�50年代中期�

  1955�,美國B.Jaffe等人�(fā)�(xiàn)了比BaTiO3壓電性更�(yōu)越的PZT壓電陶瓷,促使壓電器件的應用研究又大大地向前推進了一大步。BaTiO3時代難于實用化的一些用�,特別是壓電陶瓷濾波器和諧振器,隨著PZT的問�,而迅速地實用�,應用聲表面波(SAW)的濾波�、延遲線和振蕩器等SAW器件,在七十年代后期也取得了實用��

  上世紀70年代初期,人們在鋯鈦酸鉛材料二元系配方Pb(ZrTi)O3大基礎上又研究了加入第三元改性的壓電陶瓷三元系配�,如鈮鎂酸鉛系為Pb(Mg1/3Nb2/3)(ZrTi)O3,可廣泛用于拾音器、微音器、濾波器、變壓器、超聲延遲線及引燃引爆方�。如鈮鋅酸鉛系Pb(Zn1/3Nb2/3)(ZrTi)O3,主要用來制造性能�(yōu)良的陶瓷濾波器及機械濾波器的換能��

分類

  壓電效應可分為正壓電效應和逆壓電效��

  1、正壓電效應

  當晶體受到某固定方向外力的作用時,內部就產生電極化�(xiàn)�,同時在某兩個表面上產生符號相反的電�;當外力撤去后,晶體又恢復到不帶電的狀�(tài);當外力作用方向改變�,電荷的極性也隨之改變;晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正�。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應制成的�

  2、逆壓電效�

  是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的�(xiàn)�。用逆壓電效應制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形�。壓電晶體是各向異性的,并非所有晶體都能在�5種狀�(tài)下產生壓電效�。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應,但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應�

原理

  壓電效應的原理是,如果對壓電材料施加壓力,它便會產生電位差(稱之為正壓電效應�,反之施加電壓,則產生機械應力(稱為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻震動,則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時,則產生高頻聲信號(機械震動),這就是我們平常所說的超聲波信�。也就是�,壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能,這種相互對應的關系確實非常有意思�

  壓電材料可以因機械變形產生電�,也可以因電場作用產生機械變形,這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例�,壓電材料已被用來制作智能結�,此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷�、自適應性和自修復性等功能,在未來的飛行器設計中占有重要的地位�

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