1。2 压电材料

1。2。1 压电材料释义

压电材料指的是在压力的作用下发生极化从而在两端表面间会出现了电位差 的电介质的材料。如果在异极晶体材料的某些特定方向上施加应力,那么晶体对应 的一些表面上就会分别出现正、负束缚电荷,它们的电荷密度和所施加的应力的大 小是成正比例的,当应力反向时,电荷会改变符号。这种通过机械应力来使电介质发 生极化,并且在晶体表面形成了荷电的效应叫做压电效应。

1。2。2 压电材料分类

通常情况下，压电材料可以分为三个大的类别： 第一类为压电聚合物，这一类的压电材料称为有机压电材料。比如偏聚氟乙烯

和以它为代表的一些其他的有机压电材料。这些材料拥有非常多的优点，如高的压 电电压常数，密度低，阻抗也低以及柔韧的材质，因此这类材料也得到了非常迅速的发展。主要应用在作为引爆引燃材料，压力传感器的制造和测量水声超声波等。 不过美中不足的是，这类材料的压电应变常数比较低，所以很大程度上限制了它在 有源发射换能器上的应用。

第二类为压电陶瓷与压电晶体统称为无机压电材料，压电陶瓷与压电晶体分别 指的是压电多晶体与压电单晶体。

压电陶瓷指的是具有压电性的陶瓷，其实也就是铁电陶瓷。压电陶瓷是指将原 料通过充分混合，然后使之成型，经过高温烧结，粉粒间经过了固相反应以及烧结 过程中所产生的很细的晶粒在无规则下自由集合而形成的多晶体[2]。在这些陶瓷的 晶粒之中存在着铁电畴，通过对这些铁电畴施加强直流电场，这些电畴就会按照外 电场的方向排列开来，撤掉外电场后依然保持了剩余的极化强度，所以它们具有了 宏观的铁电性[3]。此类材料的成功研究也极大地提高了压电传感器等各种压电器件 的性能。

压电晶体指的是晶体按照空间点阵有序生长而形成的压电单晶体。因为这类晶 体结构没有对称中心，所以它具有了铁电性，典型材料如石英。

压电晶体与压电陶瓷相比较，压电陶瓷比压电晶体的压电性更强，拥有更高的 介电常数，而且可塑性也更强。但是压电陶瓷所制成的产品有极大的电损耗，稳定 性也很差，机械品质因子也不高，所以一般用于功率较大的滤波器和换能器。石英 作为压电单晶体，它具有很高的机械品质和更高的稳定性，多用于高频高选择性的 滤波器和换能器。

第三类为复合的压电材料，这种压电材料是将棒杆或者粉末压电材料嵌到有机 聚合物为基底的材料中，现如今该类材料已经运用到超声波，电声等医学领域。用 此类材料制得的水生换能器可以抵抗冲击，不容易损坏，静水压的响应速率很高， 可以在不同水深使用。

1。2。3 压电材料原理

压电材料的原理其实就是材料的压电效应。这种现象是十九世纪末两位外国科 学家在研究石英的过程中发现的。压电效应出现在我们生活中的方方面面，比如最 常见的打火机，这里面的原理就是通过压电效应来实现的。当我们用力按压打火机， 这时候对它施加了一个压力，而它会将这些压力转化为一个高的电压来打出火花，

与燃气相遇产生了火焰。同理，煤气灶的开关受到压力，经过压电陶瓷产生了高的 电压，火花把燃气点燃了。压电陶瓷产生的这种现象称为压电效应。

那么压电效应到底是什么原理呢？简单地说，例如用手用力按压，这时候我们 便施加了机械压力，在压电材料上就产生一个电位差，这个过程叫做正电压效应。 如果我们队压电材料施加了电压的话，那它就会产生机械应力，这个过程叫做逆电 压效应。同时，如果施加的机械压力为高频（振动）时，产生的就是高频电位差（电 流）。同理，如果施加在压电陶瓷上的是高频电流，产生就是高频机械应力（也就 是宏观的机械振动）。所以电能可以通过压电陶瓷完成与机械能的相互转换。论文网