压电效应的原理：如果给压电材料给以压力，它就会产生电位差（即正压电 效应），反过来施加电压的时候，就会产生机械应力（就是逆压电效应）。假如压 力是一种高频震动，那么它产生的就是高频电流。当高频电信号施加在压电材料 上的时候，就会产生高频声信号（也就是机械震动），也就是超声波信号[5]。压 电效应被充分的运用在声音的产生和监测，高电压、电频的生成，以及微量天平 和光学器件的超细聚焦的方面。可用图 1-1 来说明晶体的压电效应。

图 1-1 压电晶体产生压电效应的机理

图 1-1(a)表示的是石英晶体在不受外力的情况下，晶体内正、负电荷重合， 从而使得晶体表面显示不带电的现象。然而如果当晶体受到外力作用时，那么晶 体内的正、负电荷发生偏移，从而产生电偶距，表现为带电的现象。图 1-1(b)是 受到挤压时晶体的电情况；图 1-1(c)则是受到外力时晶体的电情况。由图可知在 这两种不同力的作用下，晶体表面显示的电性的符号不同。

1。2。4 压电材料的应用领域

①生物领域 可以将生物陶瓷材料和无铅压电材料复合成生物压电陶瓷，以便实现让人们

能够生物仿生；可以通过纳米发电机将氧化锌米线，把人体运动、肌肉收缩功能、 体液流动产生的机械能变成电能；还可以用纳米器件检测细胞以及身体的健康状 况，通过 PVDF 薄膜测量人体以及动物器官的超声成像等等[6]。

②光电信息领域 压电材料不仅具有压电效应，还有很多其他效应，比如：电光效应、非线性

光学效应、光折变效应的光电特性。有声表面滤波器、光快门、光波导调制器、 光显示和光存储等可以利用压电材料在光电方面的特性；处理、传输、储存外界 产生的信号可以利用压电材料的压电效应和热缓电效应；另外机器人和其它智能 结构中也有很多，比如用 PVDF 压电材料做出的触觉传感器可以感觉 Temperature、 Pressure 以及识别边角棱等作用[7]。

③军事方面 压电材料可以在水中产生并且接收声波，可以用来进行水下探测、地球物理

探测、声波测试等应用；夜视装置、红外探测器等因为 PZT 薄膜的热释电效应 而可以带来应用；充分利用压电陶瓷的智能功能主动控制飞机、潜艇的噪声[7]； 同样也可以通过压电复合材料制成压力传感器来检测机身外的情况。

④可再生能源 充分利用压电效应来采集海浪、风力、人力、汽车等发生的振动能量实现机

械能再生利用。而危机电 System 可以为各种微小型设备给予 250-950 瓦的平均 输出功率的电源，Platt 等采用多层压电振子来充分实现微小体积的压电结构的高 能量输出，可以通过将电路并联在输出大概 30V 的开路电压；16 公里每小时的 微风挤压或伸缩小型风扇中的压电材料即可产生 7。5mV 的电能，而且可以将 18% 的风能转成电能使用；汽车行业中也有应用，比如汽车在开动过程中会产生冲击 能并且具有很高的能量密度，我们可以充分利用高压电材料以及动力机械结构来 发电[7]。以色列有家公司 Innowat tech 就做了这样一个实验，在路上放了很多压 电晶体材料在沥青中，只要有汽车驶过去，其中的压电转换就成功产生并且成功 产生电流，将灯泡点燃了。文献综述

1。3 压电陶瓷

1。3。1 铅系压电陶瓷

BaTiO3(BT)陶瓷的压电效应的发现，拉开了压电陶瓷的大幕，因为之前压电

性几乎都存在于压电晶体材料中。二十世纪五十年代中期，来自美国的科学家 B。Jaffe 等人又发现了 PbZrO3-PbTiO3(PZT)固溶体系良好的压电性能[8]。这一体系 陶瓷就是铅系压电陶瓷，PZT 体系陶瓷由于有与 Temperature 无关的相变，并且 能够使压电性能在相变点达到最高点。之后，这一波人又通过研究 PZT 体系陶 瓷得出新的概念，得出准同型相界并且不受温度影响导致了 PZT 良好的压电性 能的结论。究其原因，可以知：由于在 Zr/Ti 比为 52/48 左右，铁电三方相、四 方相同时存在，这个地方就理所当然成为了准同型相界。研究表明，准同型相界 有一定宽度[9]，在此相界区，材料属于三、四方相的过渡区，结构比较松弛，具 有相近的自由能。所以，在此相界附近的材料，具有很好的压电性能[10][11]。后 来其他研究者对 PZT 体系陶瓷又进行了掺杂改性研究，并另外研发出 PZT 基压 电陶瓷体系，最终充分被国民生产尤其是高性能军工所应用。由于压电陶瓷比晶 体压电陶瓷多很多优点，所以应用更加广泛。