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文檔簡介

自然界中的壓電材料——石英自然界中的壓電材料——石英1壓電陶瓷壓電陶瓷2高分子壓電材料(壓電薄膜)高分子壓電材料(壓電薄膜)3壓電陶瓷歷史1880年法國的P.Curie和J.Curie兄弟在研究熱電性與晶體對稱性的關(guān)系時發(fā)現(xiàn)了正壓電效應(yīng)這一物理現(xiàn)象,他們所報導(dǎo)的這些晶體中就有后來廣為研究的羅息鹽(NaKC4H4O6.4H2O—酒石酸鉀鈉)。1881年李普曼(G.Lippman)根據(jù)能量守恒和電荷量守恒的原理,推測逆壓電效應(yīng)(Conversepiezoelectriceffect)的存在,這一預(yù)言很快就被居里兄弟用實驗所證實。后來發(fā)現(xiàn)了磷酸二氫鉀、硫酸鋰單水化合物和BaTiO3等重要壓電晶體。壓電陶瓷歷史1880年法國的P.Curie和J.Curi41916年朗之萬(Langevin)用壓電石英晶體作成水下發(fā)射和接收換能器,這是最早的壓電換能器,并用于探測水下的物體。1918年卡迪(Cady)研究了羅息鹽晶體在機械諧振頻率特有的電性能,導(dǎo)致羅息鹽電聲組件問世。1921年相繼研制成功石英諧振器和濾波器,開創(chuàng)了壓電效應(yīng)在穩(wěn)頻、計時和電子技術(shù)方面的應(yīng)用。壓電陶瓷歷史1916年朗之萬(Langevin)用壓電石英晶體作成水下51947年

采用BaTiO3壓電陶瓷制成了拾音器,這對壓電材料的應(yīng)用具有重大意義,極大地刺激了壓電陶瓷材料的研究與應(yīng)用開發(fā)。

1969年

發(fā)現(xiàn)聚偏氟乙烯薄膜制程的駐極體具有優(yōu)良的壓電性后,聚合物駐極體的研究和應(yīng)用迅速發(fā)展起來。

壓電陶瓷歷史1947年

采用BaTiO3壓電陶瓷制成了拾音器,這對壓電6常見的壓電陶瓷材料1、鈦酸鋇(BaTiO3)壓電陶瓷具有較高的壓電系數(shù)和介電常數(shù),機械強度不如石英。2、鋯鈦酸鉛Pb(Zr·Ti)O3系壓電陶瓷(PZT)壓電系數(shù)較高,各項機電參數(shù)隨溫度、時間等外界條件的變化小,在鋯鈦酸鉛的基方中添加一兩種微量元素,可以獲得不同性能的PZT材料。3、鈮鎂酸鉛Pb(MgNb)O3-PbTiO3-PbZrO3壓電陶瓷(PMN)具有較高的壓電系數(shù),在壓力大至700kg/cm2仍能繼續(xù)工作,可作為高溫下的力傳感器。常見的壓電陶瓷材料1、鈦酸鋇(BaTiO3)壓電陶瓷具有較高7壓電原理石英的晶體結(jié)構(gòu)(b)(a)++---YXXY硅氧離子的排列示意圖(a)硅氧離子在Z平面上的投影(b)等效為正六邊形排列的投影+壓電原理石英的晶體結(jié)構(gòu)(b)(a)++---YXXY硅氧離子8石英的壓電機制石英的壓電機制9壓電陶瓷的極化直流電場E剩余極化強度剩余伸長電場作用下的伸長(a)極化處理前(b)極化處理中(c)極化處理后

壓電陶瓷的極化直流電場E剩余極化強度剩余伸長電場作用下的伸長10極化后的壓電陶瓷-----

-----

++++++++++自由電荷束縛電荷電極電極極化方向陶瓷片內(nèi)束縛電荷與電極上吸附的自由電荷示意圖極化后的壓電陶瓷----------+11壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)12壓電陶瓷等效模擬電路并聯(lián)模擬電路串聯(lián)模擬電路壓電陶瓷等效模擬電路并聯(lián)模擬電路13壓電應(yīng)變常數(shù)d33:

表示在壓電晶體上施加單位電壓時所產(chǎn)生的應(yīng)變大小。

壓電電壓常數(shù)g33:表示作用在壓電晶體上單位應(yīng)力所產(chǎn)生的電壓梯度大小。

壓電材料的主要性能參數(shù)壓電應(yīng)變常數(shù)d33:壓電材料的主要性能參數(shù)14壓電材料的主要性能參數(shù)介電常數(shù)ε:

機電耦合系數(shù)K:

表示壓電材料機械能(聲能)與電能之間的轉(zhuǎn)換效率。機械品質(zhì)因子Qm:

壓電晶片在諧振時貯存的機械能E貯與在一個周期內(nèi)損耗的能量E損之比稱為機械品質(zhì)因子Qm。壓電材料的主要性能參數(shù)介電常數(shù)ε:15頻率常數(shù)Nt:

壓電晶片的厚度與固有頻率的乘積是一個常數(shù),這個常數(shù)叫做頻率常數(shù)。居里溫度Tc:使壓電材料的壓電效應(yīng)消失的溫度。壓電材料的主要性能參數(shù)頻率常數(shù)Nt:壓電材料的主要性能參數(shù)16壓電材料的主要特性轉(zhuǎn)換性能:要求具有較大的壓電常數(shù)。機械性能:機械強度高、剛度大。電性能:高電阻率和大介電常數(shù)。環(huán)境適應(yīng)性:溫度和濕度穩(wěn)定性要好,要求具有較高的居里點,獲得較寬的工作溫度范圍。時間穩(wěn)定性:要求壓電性能不隨時間變化。壓電材料的主要特性轉(zhuǎn)換性能:要求具有較大的壓電常數(shù)。17壓電材料應(yīng)用壓電陶瓷按照應(yīng)用分類共分為七大類:壓電振蕩器及材料壓電聲電組件:蜂鳴器、送話器、受話器、壓電喇叭壓電超音波換能器:超音波清洗、超音波霧化、超音波美容、超音波探測信息處理組件:濾波器、諧振器、檢波器、監(jiān)頻器、表面聲波、延遲線動力裝置:點火器、超音波切割、超音波粘接、壓電馬達、壓電變壓器壓電傳感器:速度、加速度計、角速度計、微位移器光電組件:光調(diào)節(jié)器、光調(diào)節(jié)閥、光電顯示、光信息儲存、影象儲存和顯示目前市場容量最大的組件是頻率組件,主要包括濾波器和諧振器。壓電材料應(yīng)用壓電陶瓷按照應(yīng)用分類共分為七大類:18奧迪威公司壓電蜂鳴片奧迪威公司壓電蜂鳴片19電聲元件電聲元件20開放式超聲波傳感器開放式超聲波傳感器21超聲波霧化片超聲波霧化片22奧迪威其它壓電產(chǎn)品奧迪威其它壓電產(chǎn)品23超聲波馬達超聲波馬達24C-171微型旋轉(zhuǎn)陶瓷電機C-171微型旋轉(zhuǎn)陶瓷電機2

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