实验二压电材料的压电常数d测试.pdfVIP

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物理专业实验报告

专业应用物理班级1姓名学号

实验名称压电材料的压电常数d33测试

实验地址实验日期

【实验目的】

（1）掌握准静态d33测试仪的使用方法以及丈量压电常数d33。

（2）熟习压电资料压电效应的基来源理

【实验仪器】

YE2730A准静态压电常数d33测试仪；PZT压电陶瓷样品；PMN压电陶瓷样品

【实验原理】

压电资料(piezoelectricmaterial)，遇到压力作用时会在两头面间出现电压的晶体资料。1880

年,法国物理学家P.居里和J.居里兄弟发现,把重物放在石英晶体上,晶体某些表面会产生电荷,电荷量

与压力成比率。这一现象被称为压电效应。

1、压电效应

某些物质，当沿着必定方向施加压力或拉力时，会发生形变，其内部就产生极化现象，同时，

其表面面上产生极性相反的电荷；当外力拆掉后，又恢复到不带电的状态；看作使劲方向反向时，

电荷极性也相反；电荷量与外力大小成正比。这类现象叫正压电效应。如图1所示。

图1（正）压电效应

反之，当对某些物质在极化方向上施加必定电场时，资料将产活力械形变，当外电场撤除时，形

变也消逝，这叫逆压电效应，也叫电致伸缩。压电效应的可逆性如图62所示。利用这一特征可

实现机—电能量的相互变换。

图2压电效应的可逆性

压电式传感器多半采纳压电资料的正压电效应制成。大多半晶体都拥有压电效应，而多半晶

体的压电效应都十分轻微。2、压电陶瓷的压电效应

压电陶瓷是一种经过极化办理后的人工多晶铁电体。多晶是指它由无数细微的单晶构成，所

谓铁电体是指它拥有近似铁磁资料磁畴的电畴构造，每个单晶形成一单个电畴，这类自觉极化的电

畴在极化办理以前，个晶粒内的电畴按随意方向摆列，自觉极化的作用相互抵消，陶瓷的极化强度

为零，所以，原始的压电陶瓷体现各向同性而不拥有压电性。为使其拥有压电性，就一定在

必定温度下做极化办理。

图3陶瓷极化过程表示图图4约束电荷与自由电荷摆列表示图

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所谓极化办理，是指在必定温度下，以强直流电场迫使电畴自觉极化的方向转到与外加电场

方向一致，作规则摆列，此时压电陶瓷拥有必定的极化强度，再使温度冷却，撤去电场，电畴方

向基本保持不变，余下很强的节余极化电场，进而体现压电性，即陶瓷片的两头出现约束电荷，

一端为正，另一端为负。如图3所示。因为约束电荷的作用，在陶瓷片的极化两头很快吸附一层

来自外界的自由电荷，这时约束电荷与自由电荷数值相等，极性相反，故此陶瓷片对外不体现极

性。如图4所示。

假如在压电陶瓷片上加一个与极化方向平行的外力，陶瓷片产生压缩变形，片内的约束电荷

之间距离变小，电畴发生偏转，极化强度变小，所以吸附在其表面的自由电荷，有一部分被开释

而体现放电现象。当撤除压力时，陶瓷片恢还原状，极化强度增大，所以又吸附一部分自由电荷

而出现充电现象。这类因受力而产生的机械效应转变成电效应，将机械能转变成电能，就是压电

陶瓷的正压电效应。放电电荷的多少与外力成正比率关系

qd33F（1）

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此中33是压电陶瓷的压电系数，F为作使劲。

压电陶瓷在极化方向上的压电效应最显然。我们把极化方向叫