表 1。1  压电材料分类及特点 2

表 1。2  PZT  掺杂改性及性能变化 4

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1 绪论

19 世纪 80 年代 Pierre Curie 和 Jacques Curie 兄弟通过对电气石的研究发现了压电效应。 随着压电效应的发现，科研工作者们在此基础上对压电效应、压电材料特性进行研究，不断 改进制作工艺使压电材料逐步应用到我们的生产生活中。小到生活中经常用到的打火机，大 到工业制造及科研用的精密仪器都缺少不了压电材料，在这其中压电陶瓷材料以其优异的压 电、铁电特性和优良的机电特性被普遍地应用于传感器和精密驱动装置中。从压电材料被发 现至今，压电陶瓷材料中以铅基压电陶瓷特别是 PbZrO3-PbTiO3 的研究及应用最为成熟。此 外，为了解决单层压电陶瓷电压大、位移小等问题，制备压电陶瓷的叠堆式模型应运而生并

受到了广泛关注，低温共烧陶瓷（Low temperature co-fired ceramic）技术是将多层陶瓷及内 电极等元件组装起来的先进技术，促进了器件向小型化、集成化发展[1]。

1。1 压电效应及压电材料

1。1。1 压电效应及其产生机理

外部一恒定方向应力作用于晶体上时,晶体内就产生电极化现象,此时在某两个表面上会 形成符号相反的电荷；改变外力的作用位向，所形成电荷的正负性同时会发生改变；晶体由 于受力而产生的电荷量正比于外加应力的大小。这就是正压电效应。相对地，当外部交变电 场作用于晶体时，晶体也会产生机械位移，这就是逆压电效应[2]。

图 1。1 压电效应示意图：（a）正压电效应；（b）逆压电效应

压电效应的定义表明，压电晶体除去具有弹性性能还具有介电性能，是晶体力学性能和 电学性能的结合体，但并不是所有晶体都具有压电性。晶体的压电性受制于晶体的内部原子 排列状态因素，有对称中心的晶体一定不存在压电性。因为这种晶体无论受到何种方向的外 部应力，其正电荷与负电荷重心总是相互重叠的，也就是说其总电矩总是为 0。但不存在对 称中心的晶体也不一定存在压电性。压电晶体首先应具有介电性，这就限制了压电材料应为 绝缘体或半导体，与此同时压电晶体还应具有正负电荷的质点即离子或离子团。下面以图 2。2 为模型描述压电效应产生的机理。

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图 1。2 压电效应产生机理

图中（a）为无应力时晶体的电荷状态，可见其正电荷与负电荷的重心相互重叠，总体为 电中性；（b）图为受压应力的情况，可见在晶体两端已产生正负电荷，其电矩不为 0；（c） 图为受拉应力的情况，其产生的电矩方向与（b）图中的电矩方向相反。而当晶体受到外加电 场作用时，晶体内部正电荷与负电荷的重心也会发生分离，在宏观上会表现为产生位移，这 就是逆压电效应的产生机理。

1。1。2 压电材料分类及其应用

压电材料主要包括压电晶体、压电陶瓷、压电聚合物和压电复合材料。表 1。1 为压电材 料的分类情况。

表 1。1 压电材料分类及特点[3]

分类 特点

压电晶体 主要指压电单晶体，主要包括：石英晶体、酒石酸钾钠及铌酸锂晶体。这类压电材 料性能稳定但造价高昂，因此一般只用于标准仪器或高精度传感器。