常用的压电材料有哪些_压电材料的特点_压电材料的应用

　　一、压电材料概述

　　压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。

　　受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。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，电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。随即，居里兄弟又发现了逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形变时，晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合，导致晶体发生宏观极化，而晶体表面电荷面密度等于极化强度在表面法向上的投影，所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形。

　　利用压电材料的这些特性可实现机械振动（声波）和交流电的互相转换。因而压电材料广泛用于传感器元件中，例如地震传感器，力、速度和加速度的测量元件以及电声传感器等。这类材料被广泛运用，举一个很生活化的例子，打火机的火花即运用此技术。

　　二、压电材料主要特性

　　一般来说，压电材料应具备以下几个主要特性：

　　（1）转换特性：要求具有较高的压电常数d33；

　　（2）机械性能：机械强度高、刚度大；

　　（3）电性能：高电阻率和高介电常数，防止加载驱动电场时被击穿；

　　（4）环境适应性：温度和湿度稳定性好，要求具有较高的居里点，工作温度范围宽；

　　（5）时间稳定性：要求压电性能不随时间变化，增强压电材料工作稳定性和寿命。

　　三、压电材料原理

　　压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。那么，什么是压电效应呢？ 当你在点燃煤气灶或热水器时，就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压，进而将电能引向燃气的出口放电。于是，燃气就被电火花点燃了。压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。

　　压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。

　　压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

　　四、压电材料的主要参数

　　（1）压电常数：压电常数是衡量材料压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出的灵敏度。

　　（2）弹性常数：压电材料的弹性常数、 刚度决定着压电器件的固有频率和动态特性。

　　（3）介电常数：对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。

　　（4） 机械耦合系数：在压电效应中，其值等于转换输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根； 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。

　　（5）电阻压电材料的绝缘电阻：将减少电荷泄漏，从而改善压电传感器的低频特性。

　　（6）居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点。 标签：直线位移传感器 拉绳位移传感器 磁致伸缩位移传感器 润滑油泵 角度位移传感器