論壓電效應原理及在陶瓷材料方面的應用

2022-08-24 02:24:05 字數 1328 閱讀 7614

內容摘要:某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉後,它又會恢復到不帶電的狀態,這種現象稱為正壓電效應。

當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。相反,當在電介質的極化方向上施加電場,這些電介質也會發生變形,電場去掉後,電介質的變形隨之消失,這種現象稱為逆壓電效應,或稱為電致伸縮現象。壓電陶瓷實際上是一種經過極化處理的、具有壓電效應的鐵電陶瓷,是資訊時代的新型材料壓電陶瓷是功能陶瓷中應用極廣的一種。

關鍵詞:壓電效應、正壓電效應、逆壓電效應、原理、應用、陶瓷材料、壓電陶瓷、鐵電陶瓷、功能陶瓷、新型材料、電極化。

在資訊與科技迅速發展的時代,壓電效應的原理無論是在科研方面還是在人們的日常生活中都有廣泛的應用。

所謂壓電效應的原理就是如果對壓電材料施加壓力,它便會產生電位差(稱之為正壓電效應),反之施加電壓,則產生機械應力(稱為逆壓電效應)。

具體的而言正壓電效應是指:當晶體受到某固定方向外力的作用時,內部就產生電極化現象,同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷;當外力撤去後,晶體又恢復到不帶電的狀態;當外力作用方向改變時,電荷的極性也隨之改變;晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式感測器大多是利用正壓電效應製成的。

而逆壓電效應是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。用逆壓電效應製造的變送器可用於電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形式。

壓電晶體是各向異性的,並非所有晶體都能在這5種狀態下產生壓電效應。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應,但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應

而壓電陶瓷實際上就是一種經過極化處理的、具有壓電效應的鐵電陶瓷,是一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料。壓電陶瓷具有將外力轉換成電能的特性,並且壓電陶瓷具有敏感的特性。因此,壓電陶瓷就是功能陶瓷中應用極廣的一種,是資訊時代的新型材料。

壓電材料的應用領域可以粗略分為兩大類:即振動能和超聲振動能-電能換能器應用,包括電聲換能器,水聲換能器和超聲換能器等,以及其它感測器和驅動器應用。除此之外,還有其它相當廣泛的應用,如鑒頻器、壓電**器、變壓器、濾波器等。

例如聲音轉換器,聲音轉換器是最常見的應用之一。像拾音器、傳聲器、耳機、蜂鳴器、超聲波探深儀、聲納、材料的超聲波探傷儀等都可以用壓電陶瓷做聲音轉換器。

再例如壓電打火機,現在煤氣灶上用的一種新式電子打火機,就是利用壓電陶瓷製成的。只要用手指壓一下打火按鈕,打火機上的壓電陶瓷就能產生高電壓,形成電火花而點燃煤氣,可以長久使用。所以壓電打火機不僅使用方便,安全可靠,而且壽命長,例如一種鈦鉛酸鉛壓電陶瓷製成的打火機可使用100萬次以上。

可以說,壓電陶瓷雖然是新材料,卻頗具平民性,它用於高科技,但更多地是在生活中為人們眼務,創造美好的生活。

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