压电效应国内外研究现状和发展趋势
时间:2017-06-27 19:34 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 压电效应发现的历史可追溯到1815年Coulomb第一次在理论上提出了机械压力能产生电信号的设想。此设想导致了在1820年Hauy和Becquerel通过实验进一步提出了由于受压产生的电荷主要是摩擦生电或接触生电。Becquerel参照拉伸橡胶生电的原理，提出在晶体材料受压时可能出现同样的效应(生电)，这种拉压生电的原因可能是由于材料的各向异性所致。1880年Curie兄弟(Pierre Curie和Jacques Curie)在研究热电现象和晶体对称性的关系时，在Jacques Curie的实验室里在a石英晶体上最先发现了压电效应，他们得到的结论为：10793 “对于一些晶体有一个或多个晶轴，当有温度变化时，在这些晶轴方向上两端会产生极化电荷。这就是现在所说的热电效应”；“在相同的晶体上，我们发现一种新的产生极化电荷的方法，当有变化的压力沿这些半面晶轴作用时也会产生相应的极化电荷”。 但是从19世纪80年代发现压电效应到20世纪40年代以前，压电效应的研究和应用只局限于晶体材料，到目前为止，发现并进行过测量的压电晶体不下五百余种。但多数晶体的压电效应很弱，己被仔细研究的只有几十种，其中只有几种得到了广泛应用。这是因为看一种压电晶体是否具有实用价值，除了看其压电系数和机电耦合系数外，还必须考虑其压电参数对温度和时间的稳定性、机械强度和成型加工性能、化学稳定性以及是否易于获得大块均匀单晶等因素”近20年来，压电陶瓷的应用领域不断扩大，不同的压电器件对压电陶瓷的性能提出了特定的要求。20世纪末期，适用于高频范围的钛酸铅系和铌酸盐系等压电陶瓷引起材料研究者的高度重视，它们可广泛用于无损检测、医疗诊断、水听器和各种形式的传感器。 压电聚合物是过去30年问发展起来的另一类新型压电材料。对压电聚合物真正获得突破性研究是在1969年Kawai对聚偏氟乙烯的研究中发现，经单轴拉伸、并在高温强电场下极化的PVDF薄膜具有合成高分子材料中最强的压电效应，并具备工业实用价值。1971年，Bergman等迸一步发现了PVDF的热释电效应。由于PVDF具有很强的压电性和热释电性，而且与其他高分子材料一样，易于制成大面积薄膜和不规则形状，尤其是其密度很小，声阻抗很低，能与水或人体形成良好的匹配，在自动控制、微机电一体化和生物医学工程等领域具有广泛的应用前景。压电复合材料是一种多相材料，它是由压电陶瓷和高分子聚合物等材料通过复合工艺构成的一种新型材料。这种材料不仅能保持原组分，通过复合效应还能使其具有原组分材料所不能具备的性能。压电复合材料的压电效应不仅取决于构成该材料各组分的性能，而且还与各相间的连通方式有关，每个相相互间的连通性是决定压电复合材料的总体性能的主要因素，因为连通性控制电通的路径和机械性能。 从上百年的发展中我们可以看到，尽管石英晶体是最早的压电材料，石英晶体的压电模量虽然不大，但机械强度、稳定性都很好，用水热法又可以容易地培养出大尺寸优质的单晶，加之其特殊切型的零温度系数等的特性，使这一古老压电晶体长盛不衰，不断有新的应用，成为最广泛应用的一种功能晶体，目前仍然得到广泛的研究。如高新技术对人造石英晶体的品质要求日益严格，需要高纯度、高Q值、低错位及腐蚀隧道密度小的晶体来适应高频化、小型化、片式化元件的需要，但石英晶体器件的性能仍在不断的改善，并呈现出加速度的发展趋势。例如：石英晶体的稳定性每五、优尔年就可以提高一个数量级。但是，石英晶体压电效应的研究并未终结。目前有关压电效应的研究较多集中在压电复合材料的组成、扭转换能器与超声马达等方面，即利用压电材料来实施扭转运动。 (责任编辑：qin) |