壓電材料

壓電材料是受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。

受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。1880年，法國(guó)物理學(xué)家P.居里和J.居里兄弟發(fā)現(xiàn)，把重物放在石英晶體上，晶體某些表面會(huì)產(chǎn)生電荷，電荷量與壓力成比例。這一現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)。隨即，居里兄弟又發(fā)現(xiàn)了逆壓電效應(yīng)，即在外電場(chǎng)作用下壓電體會(huì)產(chǎn)生形變。壓電效應(yīng)的機(jī)理是：具有壓電性的晶體對(duì)稱性較低，當(dāng)受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，晶胞中正負(fù)離子的相對(duì)位移使正負(fù)電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強(qiáng)度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時(shí)兩端面會(huì)出現(xiàn)異號(hào)電荷。反之，壓電材料在電場(chǎng)中發(fā)生極化時(shí)，會(huì)因電荷中心的位移導(dǎo)致材料變形。

利用壓電材料的這些特性可實(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)（聲波）和交流電的互相轉(zhuǎn)換。因而壓電材料廣泛用于傳感器元件中，例如地震傳感器，力、速度和加速度的測(cè)量元件以及電聲傳感器等。這類材料被廣泛運(yùn)用，舉一個(gè)很生活化的例子，打火機(jī)的火花即運(yùn)用此技術(shù)。

壓電材料有哪些種類

1、壓電晶體：以石英晶體為主；

2、壓電陶瓷：人工合成的多晶體材料，由無(wú)數(shù)細(xì)微的電疇組成。通常定義壓電陶瓷的極化方向?yàn)閆軸。最常見(jiàn)的壓電陶瓷是PZT，即鋯鈦酸鉛系。常見(jiàn)的壓電陶瓷有片狀和管狀，管狀的極化方向可以是徑向也可以是軸向。

3、新型壓電材料：包括壓電半導(dǎo)體及有機(jī)高分子壓電材料。

壓電材料的主要參數(shù)

（1）壓電常數(shù)

壓電常數(shù)是衡量材料壓電效應(yīng)強(qiáng)弱的參數(shù)，它直接關(guān)系到壓電輸出的靈敏度。

（2）彈性常數(shù)

壓電材料的彈性常數(shù)、剛度決定著壓電器件的固有頻率和動(dòng)態(tài)特性。

（3）介電常數(shù)

對(duì)于一定形狀、尺寸的壓電元件，其固有電容與介電常數(shù)有關(guān)；而固有電容又影響著壓電傳感器的頻率下限。

（4）機(jī)械耦合系數(shù)

在壓電效應(yīng)中，其值等于轉(zhuǎn)換輸出能量（如電能）與輸入的能量（如機(jī)械能）之比的平方根；它是衡量壓電材料機(jī)電能量轉(zhuǎn)換效率的一個(gè)重要參數(shù)。

（5）電阻壓電材料的絕緣電阻

將減少電荷泄漏，從而改善壓電傳感器的低頻特性。

（6）居里點(diǎn)

壓電材料開(kāi)始喪失壓電特性的溫度稱為居里點(diǎn)。