压电材料的应用PDF打印版.pdfVIP

学 海 无 涯 压电材料的应用 专业：材料科学与工程 学号：1101900102 班级：1019001 姓名：金祖儿 摘要：本文阐述了各种新型压电材料的性能和各种特性的应用。从压电材料 的压电效应入手, 介绍了压电材料的分类及结构组成。针对不同压电材料在生产 实践中的应用情况,综述了近年来压电材料的研究现状, 并系统介绍了压电材料 在各个领域的应用和发展。 关键词:压电材料 压电效应 压电陶瓷材料 压电复合材料 高居里温度 压 电陶瓷 制备技术; 研究现状; 应用 压电材料的应用遍及当今社会日常生活的每个角落，人们几乎每天都有可 能涉及到压电材料的应用。香烟、煤气灶、热水器、汽车发动机等的点火要用到 压电点火器；电子手表、声控门、报警器、儿童玩具、电话要用压电谐振器、蜂 鸣器；银行、商店、超净厂房和安全保密场所的管理以及侦察、破案等场合，要 用到能验证每个人笔迹和声音特征的压电传感器；家用电气产品如电视机要用到 压电陶瓷滤波器、压电SAW滤波器、压电变压器，甚至压电风扇；收录机要用压 电微音器、压电扬声器；照相机和录像机要用到压电马达等等。压电器件不仅在 工业和民用产品上用途广泛，在军事上也同样获得了大量应用。雷达、军用通讯 和导航设备等方面都需要大量的压电陶瓷滤波器和压电SAW滤波器。压电材料还 可以应用于结构缺陷的识别、柔性结构振动的控制以及医学上的免疫检测、人工 耳蜗等。 压电材料是一类具有压电物理特性的电介质，被制成转换元件广泛应用于 压电式传感器上。压电效应表现为当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而 发生变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反 的电荷，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变，受力所产生的电荷量 与外力的大小成正比。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称 1 学 海 无 涯 为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加交变电场，这些电介质也会 发生机械变形，电场去掉后，电介质的机械变形随之消失，这种现象称为逆压电 效应。正压电效应是把机械能转换为电能，逆压电效应是把电能转换为机械能。 1880 年居里兄弟发现了压电效应，从而开创了压电学的历史。但是压电 材料真正获得广泛的应用还是在1955 年发现压电陶瓷之后。压电器件最早采用 的材料是石英晶体，接着是BaTiO3、Pb （Zr，Ti）O3 等压电陶瓷以及铌酸锂、 钽酸锂和氧化锌等压电晶体。性能优良的压电材料将成为本世纪重要的新材料。 目前压电材料主要研究热点集中在弛豫型单晶、多元体系复合材料以及高居里温 度压电材料，细晶粒压电陶瓷，无铅压电陶瓷材料等。 (一)压电陶瓷 20 世纪40 年代发现了BaTiO3 压电陶瓷, 并于1947 年制成器件, 这对压 电材料的发展具有重要的意义[ 6] 。50 年代初出现了钛锆酸铅系( PZT) , 其 性能远远优于BaTiO3, 后来又出现了PLZT 透明铁电陶瓷。压电陶瓷大多是ABO3 型化合物( 结构如下图) 或几种ABO3 型化合物的固溶体, 应用最广泛的压电陶 瓷是钛酸钡系和锆酸铅系( PZT) 陶瓷。钛酸钡陶瓷( BaTiO3) 的晶体属于钙钛 矿型( CaTiO3) 结构, 其中氧形成氧八面体, 钛原子位于氧八面体的中心, 钡 则处于8 个八面体的间隙。在室温下BaTiO3 是属于四方晶系; 当温度升高到120 e 以上, 四方相转变为立方相, 属于顺电相; 在0 e 附近四方相转变为正交晶 系。BaTiO3 具有较好的压电性, 它是在锆钛酸铅陶瓷出现前最为广泛使用的压 电材料。但因其居里点不高( 120 e ) 而只能在有限的温度范围内工作。另外在 常温下其介电性和压电性也不稳定, 在第二相变点( 0 e ) , 当相变时其介电性 和压电性有显著的改变等缺点。为了改善这一状