壓電效應(yīng)(Piezoelectricity�,是材料中一種機(jī)械能與電能互換的�(xiàn)象,壓電材料�(huì)有壓電效�(yīng)是因晶格�(nèi)原子間特殊排列方�,使得材料有�(yīng)力場(chǎng)�電場(chǎng)耦合的效�(yīng)。壓電效�(yīng)有正壓電效應(yīng)及逆壓電效�(yīng)兩種。壓電效�(yīng)�(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)�
1880�,居里兄弟首先發(fā)�(xiàn)電氣石的壓電效應(yīng),從此開始了壓電�(xué)的歷��
1881�,居里兄弟實(shí)�(yàn)�(yàn)證了逆壓電效�(yīng),給出石英相同的正逆壓電常�(shù)�
1894�,Voigt指出,僅無對(duì)稱中心的二十種點(diǎn)群的晶體才有可能具有壓電效應(yīng),石英是壓電晶體的一種代�,它被取得應(yīng)用�
次世界大�(zhàn),居里的繼承人郎之萬,利用石英的壓電效應(yīng),制成了水下超聲探測(cè)�,用于探�(cè)潛水�,從而揭開了壓電�(yīng)用史篇章�
壓電材料及其�(yīng)用取得劃�(shí)代的�(jìn)展應(yīng)歸咎于第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)�(xiàn)了BaTiO3陶瓷�1947年,美國(guó)Roberts在BaTiO3陶瓷�,施加高壓�(jìn)行極化處�,獲得了壓電陶瓷的電壓�。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�(yīng)用研�,這種研究一直�(jìn)行到50年代中期�
1955�,美�(guó)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�(yīng)用研究又大大地向前推�(jìn)了一大步。BaTiO3�(shí)代難于實(shí)用化的一些用途,特別是壓電陶瓷濾波器和諧振器,隨著PZT的問�,而迅速地�(shí)用化,應(yīng)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�(shí)用化�
上世紀(jì)70年代初期,人�?cè)阡嗏佀徙U材料二元系配方Pb(ZrTi)O3大基�(chǔ)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�、微音器、濾波器、變壓器、超聲延遲線及引燃引爆方靀如鈮鋅酸鉛系Pb(Zn1/3Nb2/3)(ZrTi)O3,主要用來制造性能�(yōu)良的陶瓷濾波器及�(jī)械濾波器的換能器�
壓電效應(yīng)可分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效�(yīng)�
1、正壓電效應(yīng)
�(dāng)晶體受到某固定方向外力的作用�(shí),�(nèi)部就�(chǎn)生電極化�(xiàn)�,同時(shí)在某兩�(gè)表面上產(chǎn)生符�(hào)相反的電�;當(dāng)外力撤去�,晶體又恢復(fù)到不帶電的狀�(tài);當(dāng)外力作用方向改變�(shí),電荷的極性也隨之改變;晶體受力所�(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效�(yīng)制成��
2、逆壓電效�(yīng)
是指�(duì)晶體施加交變電場(chǎng)引起晶體�(jī)械變形的�(xiàn)象。用逆壓電效�(yīng)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(zhǎng)度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形式。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(chǎn)生壓電效�(yīng)。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應(yīng),但具有良好的厚度變形和�(zhǎng)度變形壓電效�(yīng)�
壓電效應(yīng)的原理是,如果對(duì)壓電材料施加壓力,它便會(huì)�(chǎn)生電位差(稱之為正壓電效�(yīng)�,反之施加電壓,則產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力(稱為逆壓電效�(yīng)�。如果壓力是一種高頻震�(dòng),則�(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號(hào)加在壓電陶瓷上時(shí),則�(chǎn)生高頻聲信號(hào)(機(jī)械震�(dòng)),這就是我們平常所說的超聲波信�(hào)。也就是說,壓電陶瓷具有�(jī)械能與電能之間的�(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能,這種相互�(duì)�(yīng)的關(guān)系確�(shí)非常有意思�
壓電材料可以因機(jī)械變形產(chǎn)生電�(chǎng),也可以因電�(chǎng)作用�(chǎn)生機(jī)械變�,這種固有的機(jī)-電耦合效應(yīng)使得壓電材料在工程中得到了廣泛的�(yīng)用。例�,壓電材料已被用來制作智能結(jié)�(gòu),此類結(jié)�(gòu)除具有自承載能力�,還具有自診斷�、自適應(yīng)性和自修�(fù)性等功能,在未來的飛行器�(shè)�(jì)中占有重要的地位�
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