压电功能材料
半导体ct层作用
半导体ct层作用1.引言1.1 概述半导体CT层，即半导体压电荷层，是一种新型的薄膜压电材料，在半导体加工技术的基础上实现了压电效应的应用。
半导体CT层的出现，为现代科技领域带来了新的发展机遇。
半导体CT层具有较高的压电系数和较宽的工作温度范围，能够将机械能转化为电能或者电能转化为机械能。
这种特殊的功能使得半导体CT 层在许多领域具有广泛的应用前景。
首先，半导体CT层在微机电系统（MEMS）领域有着重要的应用。
由于其高灵敏度、快速响应和微小尺寸等特点，半导体CT层可以被应用于压力传感器、加速度传感器和声波传感器等微型传感器的制造中。
这些传感器广泛应用于汽车、医疗设备和航空航天等领域，为这些领域的发展提供了强大的支持。
其次，半导体CT层在能源领域也有着重要的应用。
半导体CT层的压电效应可以被利用来开发新型的能源收集和转换技术。
例如，通过将半导体CT层应用于太阳能板或者风能发电装置中，可以将机械能转化为电能，实现能源的高效利用。
此外，半导体CT层还可以应用于生物医学领域。
由于其高灵敏度和生物相容性，它可以被用作生物传感器和生物激发器。
在生物医学领域，半导体CT层的应用可以用于疾病的早期诊断、药物输送系统和神经刺激等方面，为医药科学的进步做出贡献。
综上所述，半导体CT层作为一种新型的薄膜压电材料，具有广泛的应用前景。
在微机电系统、能源和生物医学等领域，半导体CT层的应用将为科技发展带来新的突破，并为人类的生活和工作带来更多便利与创新。
在接下来的文章中，我们将详细介绍半导体CT层的制备方法、性能特点以及在各个领域的具体应用案例。
1.2文章结构文章结构部分是对整篇长文的框架进行介绍，可以简要说明各个章节的内容和顺序，让读者对整篇文章有一个整体的了解。
根据给定的目录，可以编写如下内容：在本文中，将对半导体CT层的作用进行详细探讨。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先概述了半导体CT层的重要性以及其在半导体领域中的应用。
压电薄膜材料的性能与性能特点
压电薄膜材料的性能与性能特点压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料，它的发展有着十分悠久的历史。
自19世纪80年代从CURIE 兄弟在石英晶体上发现了压电效应后，压电材料开始引起人们的广泛注意，随着研究深入，不断涌现出大量的压电材料，如压电功能陶瓷材料、压电薄膜、压电复合材料等。
这些材料有着十分广泛的用途，在电、磁、声、光、热、湿、气、力等功能转换器件中发挥着重要的作用。
PVDF压电薄膜PVDF压电薄膜即聚偏氟乙烯压电薄膜，在1969年，日本人发现了高分子材料聚偏氟乙烯（polyvinylidene fluoride polymer) 简称PVDF，具有极强的压电效应。
PVDF薄膜主要有二种晶型即α型和β型，α型晶体不具有压电性，但PVDF膜经滚延拉伸后，原来薄膜中的α型晶体变成β型晶体结构。
拉伸极化后的PVDF 薄膜在承受一定方向的外力或变形时，材料的极化面就会产生一定的电荷，即压电效应。
与压电陶瓷和压电晶体相比，压电薄膜主要有以下优点：（1）质量轻，它的密度只有常用的压电陶瓷PZT的四分之一，粘贴在被测物体上对原结构几乎不产生影响，高弹性柔顺性，可以加工成特定形状可以与任意被测表面完全贴合，机械强度高，抗冲击；（2）高电压输出，在同样受力条件下，输出电压比压电陶瓷高10倍；（3）高介电强度，可以耐受强电场的作用（75V/um），此时大部分压电陶瓷已经退极化了；（4）声阻抗低，仅为压电陶瓷PZT的十分之一，与水、人体组织以及粘胶体相接近；（5）频响宽，从10-3Hz到109均能转换机电效应，而且振动模式单纯。
因此在力学中可以测量应力和应变，在振动中可以制作加速度计和振动模态传感器，在声学上可以制作声辐射模态传感器和超声换能器以及用在主动控制中，在机器人研究中可以。
第七章功能转换材料
金属棒中，两端温度不同，电子扩散形成的电动势
即汤姆逊电动势。发生在同种金属两端之间。
AB (T1)
Ek
(T )
dT dl
l
0 Ek dl
T2 (T )dT
T1
A
B
回路总电动势：
AB (T1T2 ) AB (T1) AB (T2 )
T2 T1
A (T )dT
T1 T2
B
(T
金属棒 ab ，两端 T1 T2
a
I T1
T1 T2
b
T2
流过电流，棒吸热，电流反向时放热。称为汤姆逊效应。
原因：棒ab存在电动势（汤姆逊电动势）
温度高处（a）电子动能较大， a
向低温处扩散，形成电动势。非 静电力（扩散力）做负功，吸热；
T1
Ek
电流反向时，非静电力做正功，
放热。
E b
T2
还有：硫化镉，鍗化镉，砷化镓
3、光电子发射应用
光电管是利用光电子发射（外光电效应）制成。用 于光控继电器（自动报警器等）、光电光度计（光电 流反应入射光强度）
光电倍增管（非常弱的光照，产生很大电流），在 工程、天文、军事上有重要应用。
电视摄像管
7-4 热电材料
一、热电效应（温差电效应）
用不同导体构成回路，两接头保持温差，则闭合
InAs,InSb,GaAs,GaSb,Ge,Si.
光电探测器（光敏器件），光电导摄像管，固体图 像传感器。 2、结型光电二极管 （1）高速响应的光电探测器
对非结型光电探测器，光电子在外电路中产生光电 流的响应慢。光照停止时，载流子平均寿命内仍存在 光电子，故有延迟光电流产生。
对结型光电二极管，光电子主要产生于结中吸收区内。
压电材料的原理与应用
压电材料的原理与应用1. 压电材料的基本原理压电材料是一类具有压电效应的材料，意味着它们能够在受到外力作用时产生电荷或电势的变化。
压电效应是由于压电材料的晶体结构具有非对称性而引起的。
以下是压电材料的基本原理：•压电效应：压电效应是压电材料最重要的特性之一。
当压电材料受到外力作用时，它们的晶体结构发生变形，从而导致电荷分布的不均匀性。
这不均匀的电荷分布会在材料的表面产生电势差，形成电荷分离，从而产生电压。
•逆压电效应：逆压电效应是压电材料所具有的另一种特性。
在逆压电效应下，当压电材料的电场发生变化时，会导致晶体结构的变形。
逆压电效应实际上是压电效应的逆过程。
•压电系数：压电系数是衡量压电材料压电效应强度的指标。
它指的是压电材料在单位应力下产生的电子束或电势的比率。
压电系数越大，表示材料的压电效应越强。
2. 压电材料的应用领域压电材料由于其特殊的压电效应和逆压电效应，被广泛应用于许多领域。
以下是几个主要的应用领域：•传感器技术：压电材料通过测量电势差的变化，可以用作各种类型的传感器。
例如，压电材料可以用于压力传感器、加速度传感器、温度传感器等。
压电传感器广泛应用于汽车工业、医疗设备、机械工程等领域。
•声波技术：压电材料的压电效应可以将电能转化为声能，因此被广泛应用于声波技术领域。
例如，压电陶瓷可以用于制作声学换能器，将电信号转化为声音。
压电材料还可以用于声波发生器、超声波清洗器等设备。
•振动控制技术：压电材料的逆压电效应可以将电能转化为机械能，因此在振动控制技术中得到广泛应用。
压电材料可以用于制造振动阻尼器、振动传感器和振动发生器等。
•储能技术：压电材料可以用于储能技术中，通过电荷的积累和释放来存储和释放能量。
这使得压电材料成为用于制作电池、超级电容器等储能设备的理想材料。
3. 压电材料的未来发展趋势•多功能性：未来，压电材料将朝着多功能性的发展方向发展。
例如，研究人员正在努力将压电材料与其他功能材料结合，以实现多种功能，如光电一体化、声电一体化等。
功能复合材料-3-压电复合材料
3.3.2 压电功能复合材料的理论研究
理论研究非常活跃。 理论研究非常活跃。如，对含有空间定向埋 入相的压电复合材料的有效电弹性性能进行了分 析，提出了一个微观力学模型来估计压电功能复 合材料的的电、热和弹性性能， 合材料的的电、热和弹性性能，并将其用于研究 微观结构和性能的关系。 微观结构和性能的关系。
2011-2-16
功能复合材料
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3.2.3 其它类型的压电功能复合材料
1. 3-0型压电功能复合材料 型压电功能复合材料 压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 2. 3-1型和 型压电功能复合材料 型和3-2型压电功能复合材料 型和 压电相是三维连通的，而聚合物基体则仅在一维或两 压电相是三维连通的， 维连通。 维连通。 3. 3-3型压电功能复合材料 型压电功能复合材料 两相在三维方向都是自连通的，且可分为珊瑚复合 两相在三维方向都是自连通的， 有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。 型、有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。
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降低聚合物泊松比， 降低聚合物泊松比，增强复合材料压电性能 的途径： 的途径： 发泡剂或玻璃球引入气孔， （1）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔， ）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔 可使制得的复合材料的水声性能有所改善； 可使制得的复合材料的水声性能有所改善； （2）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触， ）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触， 应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。 应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。 （3）通过横向增强的方法增加应力放大系数， ）通过横向增强的方法增加应力放大系数， 起到减小g 而不影响g 的作用， 起到减小 31而不影响 33的作用，从而使材料的 静水压压电系数得以提高。 静水压压电系数得以提高。
压电功能晶体材料
压电功能晶体材料
1.铁电陶瓷材料：铁电陶瓷材料是一种具有自发极化的陶瓷
材料，在外加压力下，会产生极化变化，从而产生电荷和电位差。
常见的铁电陶瓷材料有铅锆钛酸钠（PZT）、钙钛矿型压
电陶瓷（PMNPT）等。
这些材料具有优良的压电性能，广泛应用于超声波传感器、声波发生器、多轴高精度运动控制系统等
领域。
2.压电聚合物材料：压电聚合物材料是一种相对较新的材料，其具有较高的柔韧性和易加工性。
压电聚合物材料可以通过控
制化学结构和导电填充物来调节其压电性能。
由于其良好的可
塑性，压电聚合物材料广泛应用于传感器、人体工程学器件、
人体医学等领域。
3.压电单晶材料：压电单晶材料是指晶体结构中只有一个晶
体方向与外界力的作用方向平行的材料。
常见的压电单晶材料
有晶体硅、晶体石英等。
这些材料具有良好的压电性能、稳定
性和温度特性，并且可实现高压电耦合系数。
压电单晶材料广
泛用于高精度传感器、声波滤波器、超声成像等领域。
电功能材料——精选推荐
电功能材料概述摘要：本文重点介绍了电功能材料的分类以及超导材料、导电高分子材料和半导体材料的特性、制备和前景等。
介绍了电功能材料的工程价值和研究电功能材料的意义。
关键词：电功能材料；超导材料；导电高分子；半导材料1 电功能材料的分类:电功能材料包括导电材料、介电材料、压电材料和光电材料等。
导电材料又包括导体材料、半导体材料、超导材料。
导电材料有金属材料(如银、铜)、合金材料(如镍铬合金)、无机非金属材料(如石墨)、导电高分子材料(如聚苯胺、聚乙炔)。
超导材料有元素超导体(如Rh、W、Mo、Nb等)、合金和化合物超导体(如钡亿氧铜、NiTi等)、有机高分子超导体(如聚氮化硫)。
介电材料又叫电介质，是具有电极化特征的材料，材料在电场作用下对外表现出极化强度，极化强度越大，材料的介电常数越大。
介电常数是反映材料贮存电荷能力大小的一个参数。
如制作电容器的材料就属于这一类。
例如BaTio：、Ta，Oj、聚乙烯等。
压电材料是指具有压电效应的材料。
压电效应是指没有对称中心的材料受到机械应力作用处于应变状态时，材料内部会引起电极化的现象。
利用压电材料可以制成各种传感器、扬声器、超声探测仪等。
例如铁酸钡陶瓷、聚偏二氟乙烯等。
光电材料是受光照射后，电导率急剧上升的一种材料。
例如CdS陶瓷、ZnU、PbO、聚从乙烯基昧陛(PNVC)在一定条件下都能表现出光导电性，它们可以用于太阳能利用、静电复印等领域。
本篇文章主要介绍超导材料、导电高分材料和半导体材料。
2 超导材料:材料在一定条件下，电阻消失为零的状态称为超导态。
此时磁力线不能进入超导态材料内部，导体呈完全抗磁性。
超导材料从正常的电阻态过渡到超导态(零电阻态)的转变称为正常超导转变，转变时的温度Tc称为超导体的临界温度。
显然Tc越高，超导体才越具有应用价值。
除温度外，足够强的磁场也能破坏超导态。
从超导态转变为正常态的最小磁场Hc(T)叫做该温度下超导体的临界磁场。
如果施加磁场给正处于超导态的超导体，当磁场大于Hc(T)时，会破坏超导态，使电阻恢复正常。
钛酸锶 压电
钛酸锶压电全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：钛酸锶是一种具有压电性能的材料，是一种重要的多功能功能材料。
钛酸锶具有良好的压电性能，可以将机械运动转化为电信号，也可以将电信号转化为机械运动。
这种材料广泛应用于传感器、执行器、压电陶瓷、声波换能器等领域。
下面我们将重点介绍钛酸锶的性能特点、制备方法和应用领域。
一、钛酸锶的性能特点1. 高压电系数：钛酸锶材料具有较高的压电系数，可以将机械应力转化为电荷输出。
2. 良好的稳定性：钛酸锶具有较好的稳定性和耐腐蚀性，适用于多种工作环境。
3. 温度稳定性：钛酸锶在不同温度范围内都能保持良好的性能表现。
4. 多功能性：钛酸锶不仅具有压电效应，还具有铁电、磁电等性能，可以应用于多种领域。
二、钛酸锶的制备方法1. 固相法制备：将适量的钛粉和锶粉混合均匀后，在高温高压条件下反应制备成钛酸锶晶体。
2. 溶胶-凝胶法制备：将钛酸锶前驱体材料溶解在溶剂中，通过溶胶-凝胶法得到钛酸锶薄膜或纳米颗粒。
4. 气相沉积法制备：通过化学气相沉积技术将钛酸锶薄膜沉积在基底上。
三、钛酸锶的应用领域1. 传感器：利用钛酸锶的压电特性，可以制备成各种传感器，如压力传感器、加速度传感器等。
2. 执行器：通过施加电场或机械应力，可以改变钛酸锶的形状或长度，实现执行器的功能。
3. 压电陶瓷：钛酸锶作为压电陶瓷材料，可以用于声波换能器、超声波换能器、水声换能器等领域。
4. 薄膜和纳米颗粒：利用溶胶-凝胶法等方法制备的钛酸锶薄膜和纳米颗粒，可以应用于光学、电子、生物等领域。
第二篇示例：钛酸锶是一种重要的压电材料，具有优异的电学性能和压电性能，因此在声波传感器、超声波换能器、振动传感器和压电陶瓷等领域得到广泛应用。
本文将介绍钛酸锶的基本性质、制备方法、应用领域以及未来发展方向。
钛酸锶是一种钛酸盐类化合物，化学式为SrTiO3。
它具有较高的钛酸盐相的稳定性和良好的压电性能，因此在压电器件领域备受青睐。
功能材料有哪些
功能材料有哪些功能材料是一种特殊的材料，具有特定的物理、化学以及其他功能特性。
它们在各个领域发挥着重要的作用，而且应用范围非常广泛。
下面将介绍一些常见的功能材料及其功能。
一、光学功能材料光学功能材料主要是指那些可以影响光学性质的材料，如透明度、折射率、反射率等。
其中，一种常见的光学功能材料是光学玻璃，它具有良好的光学性能，可以用于制造光学仪器、眼镜、光学设备等。
二、电子功能材料电子功能材料主要是指那些可以用于电子器件中的材料。
例如，半导体材料如硅、锗，可以用于制造集成电路芯片；电子陶瓷材料可以用于制造电容器、压电元件等；导电材料如铜、铝可以用于制造导线和电极等。
三、磁性功能材料磁性功能材料主要是指那些可以产生磁场或对磁场有响应的材料。
例如，铁、镍、钴等可以作为永磁材料，用于制造磁体；铁氧体材料可以用于制造磁芯、电感器等。
四、光电功能材料光电功能材料主要是指那些可以将光能转化为电能或者将电能转化为光能的材料。
例如，硅太阳能电池就是一种光电功能材料，它可以将太阳光转化为电能；发光二极管（LED）则可以将电流转化为可见光。
五、环境功能材料环境功能材料主要是指那些可以净化环境、降低污染物排放或者具有保护环境的功能材料。
例如，承载型催化剂可以用于废气治理，通过催化反应将废气中有害物质转化为无害物质；防污涂料可以用于建筑物表面，减少空气中的污染物附着；吸附材料可以用于水质净化，去除水中的有害物质。
六、生物医用功能材料生物医用功能材料主要是指那些可以用于医疗、生物工程、组织工程等领域的材料。
例如，生物陶瓷可以用于骨科修复；生物可降解材料可以用于制造缝合线、人工血管等；聚合物材料可以用于制造人工心脏瓣膜等。
以上只是列举了一些常见的功能材料及其功能，实际上功能材料的种类非常多，不同的材料有不同的功能特性。
功能材料的发展不仅可以满足人们的日常需求，还可以推动科技进步和社会发展。
压电材料
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三 压电材料的应用
在打火机、煤气灶、燃气热水器等用具上都可以 见到它的踪影。
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三 压电材料的应用
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三 压电材料的应用
逆压电效应的应用：
压电陶瓷风扇
利用压电陶瓷的逆压电效应可制成小型的压电陶瓷风扇， 具有体积小，不会发热，无嘈声、低功耗、寿命长等优点。图 1是一个压电陶瓷弯曲变形器，它由两片压电陶瓷片夹一金属 薄片构成，陶瓷片在外电场作用下产生伸缩运动。若两片陶瓷 片加反向电压，则一边收缩另一边伸长，使金属片弯曲变形， 若外加交变电压，金属片将作周期性振动 。
后来 PLZT透明压电陶瓷使压电陶瓷的应用扩展到光学 领域。
迄今 压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活 极其广泛。
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一 认识压电材料
压电材料有哪些： (1) 天然晶体 ：石英 .电气石 (2高分子材料：PVDF（聚偏氟乙烯）
1940年以前 铁电体
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一 认识压电材料
1942年 在BaTiO3陶瓷上获得了压电陶瓷的电压性。飞 跃。但与两类铁电体相比也有缺点。
50年代 美国日本先后 利用BaTiO3压电陶瓷制作超声 换能器、高频换能器、压力传感器、滤波器等的应用 研究。
1955美国B.Jaffe 等人更优越的PZT压电陶瓷，促使压 电器件的应用研究又大大地向前推进了一大步。
打火机、热水器 报警器、电话 笔迹和声音等身份验证 医用超声仪、声纳 电视机、手机 数码相机、摄像机：
自由电荷
电极
束缚电荷
自由电荷
图5 束缚电荷和自由电荷排列示意图
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二 压电效应
压电复合材料
压电复合材料1.压电效应某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，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。
当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
依据电介质压电效应研制的一类传感器称为压电传感器。
2.压电复合材料研究概况压电材料由于具有响应速度快、测量精度高、性能稳定等优点而成为智能材料结构中广泛应用的传感材料和驱动材料。
但是，由于存在明显的缺点，在实际应用中收到了极大的限制。
例如，压电陶瓷的脆性很大，经不起冲击和非对称受力，而且其极限应变小、密度大，与结构粘合后对结构的力学性能会产生较大的影响。
压电聚合物虽然柔顺性好，但是它的使用温度范围小，而且其压电应变常数较低，因此作为驱动器使用时驱动效果差。
为了克服上述压电材料的缺点，人们开发了压电复合材料。
由于压电复合材料不但可以克服压电材料的缺点，而且还兼有有机高分子与无机材料两者的优点，甚至可以根据使用要求设计出单项压电材料所没有的性能，因此越来越引起人们的重视。
压电复合材料是有压电相材料与非压电相材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的一种具有压电效应的复合材料。
压电复合材料的特性以及各种性能主要由各项材料的连通方式决定。
按照各相材料的连通方式，压电材料可以分为10种基本类型，即0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、2-1、2-2、2-3、1-3、3-3型。
迄今为止，压电复合材料的发展已有20多年的历史，1978年，Newnham首次提出了压电复合材料的概念，并开始研究压电复合材料在水声中的应用，研制成功了1-3型压电复合材料。
在此基础上美国斯坦福大学的Auld等人建立了PZT柱周期排列的1-3型压电复合材料的理论模型，并分析了其中的横向结构模型；纽约菲利普斯实验室的W.A.Smith等人用1-3型压电复合材料做成了用于医学图像处理的超声换能器，取得了较好的效果。
功能性陶瓷材料在电子器件中的应用
功能性陶瓷材料在电子器件中的应用功能性陶瓷材料是一类具有特定物理、化学或电子性质的陶瓷材料，被广泛应用于电子器件中。
它们在电子行业中扮演着重要的角色，提供了多种功能和特性，如高温稳定性、低介电常数、压电效应等。
本文将重点讨论功能性陶瓷材料在电子器件中的应用。
一、压电陶瓷压电陶瓷是一种可以通过施加电场产生机械应变或者通过施加机械应力产生电荷分布不均的陶瓷材料。
它在电子器件中的应用广泛。
例如，压电陶瓷可以用于制作压电传感器，将机械振动转化为电信号，被广泛应用于加速度计、传感器等领域。
此外，压电陶瓷还可以制作压电换能器件，将电能转化为机械能，用于超声波发生器、压电致动器等电子器件中。
二、热敏陶瓷热敏陶瓷是一种可以根据温度变化发生电荷变化的陶瓷材料。
它具有温度灵敏度高、稳定性好等特点，被广泛应用于温度传感器和热敏电阻等器件中。
热敏陶瓷通过温度变化引起电阻值的变化，从而实现温度的测量和控制。
在电子器件中，热敏陶瓷常用于制作温度开关、恒温器等设备。
三、铁电陶瓷铁电陶瓷是一种具有独特的铁电性质的陶瓷材料。
它具有自发极化和反极化能力，在外加电场的作用下可以改变自身极化状态。
铁电陶瓷在电子器件中的应用非常广泛，特别是在存储器件和传感器方面。
例如，铁电陶瓷可以用于制作非易失性存储器，具有快速读写、长寿命等优点。
此外，铁电陶瓷还可以用于制作压电传感器、声波滤波器等电子器件。
四、介电陶瓷介电陶瓷是一种具有低介电常数和高介电常数的陶瓷材料。
它在电子行业中被广泛应用于微波器件和集成电路中。
介电陶瓷具有低损耗和高频率特性，可以提供稳定的电绝缘性能和电容效应。
因此，介电陶瓷常被用于制作滤波器、耦合器等微波器件，以及集成电路中的衬底和隔离层。
五、陶瓷基板陶瓷基板是一种用于制作电子器件的基板材料，具有良好的导热性能和机械强度。
陶瓷基板广泛应用于集成电路、光电子器件等领域。
它通过提供良好的绝缘性能和机械支撑，保护电子器件的稳定运行。
压电晶体与压电陶瓷的结构、性能与应用
压电晶体与压电陶瓷的结构、性能与应用摘要：压电晶体与压电陶瓷作为典型的功能材料，具有能实现机械能与电能之间互相转换的工作特性，在电子材料领域占据相当大的比重。
本文从压电效应入手，阐述了压电晶体与压电陶瓷的结构原理以及性能特点。
针对压电晶体与压电陶瓷在生产实践中的应用情况，综述了其近年来的研究进展，并系统介绍了其在各个领域的应用情况和发展趋势。
关键词：压电晶体压电陶瓷压电效应结构性能应用发展引言1880年皮埃尔•居里和雅克•居里兄弟在研究热电现象和晶体对称性的时候，在α石英晶体上最先发现了压电效应。
1881年，居里兄弟用实验证实了压电晶体在外加电场作用下会发生形变。
1894年，德国物理学家沃德马•沃伊特，推论出只有无对称中心的20中点群的晶体才可能具有压电效应。
[1]石英是压电晶体的代表，利用石英的压电效应可以制成振荡器和滤波器等频率控制元件。
在第一次世界大战中，居里的继承人朗之万，为了探测德国的潜水艇，用石英制成了水下超声探测器，从而揭开了压电应用史的光辉篇章。
除了石英晶体外，酒石酸钾钠、BaTiO3陶瓷也付诸应用。
1947年美国的罗伯特在BaTiO3陶瓷上加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的压电性。
随后，美国和日本都积极开展应用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、音频换能器、压力传感器等计测器件以及滤波器和谐振器等压电器件的研究，这种广泛的应用研究进行到上世纪50年代中期。
1955年美国的B.贾菲等人发现了比BaTiO3的压电性优越的PbZrO3-PbTiO3二元系压电陶瓷，即PZT压电陶瓷，大大加快了应用压电陶瓷的速度，使压电的应用出现了一个崭新的局面。
BaTiO3时代难以实用化的一些应用，特别是压电陶瓷滤波器和谐振器以及机械滤波器等，随着PZT压电陶瓷的出现而迅速地实用化了。
采用压电材料的SAW滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，上世纪70年代末也已实用化。
上世纪70年代初引起人们注意的有机聚合物压电材料（PVDF），现在也已基本成熟，并已达到了生产规模。
压电陶瓷功能材料在汽车发动机电控喷射系统中的应用
统 技 术 现 状 与 面 ｌ 的 挑 战 Ｉ 缶
汽 车 发动 机 电子 控 制 系统 技 术
占领 ， 剩余 的３ ％也主要被玛瑞利 、 ０ 摩
是汽车电子领域的关键技术并占据
汽车 电子市场 的主要份额 。 随着环保
政 策 、 源政 策 限制力 度 的加 大 ， 能 大
托 罗拉 、 门子 等所 垄断 。 西 …
７ ％以上 的汽车 电子市场份 额被 国外 ０
企 业￣ Ｄｅｐ ｉ 日本 电装 、 ｏｃ 三家 Ｉ ｌｈ 、 Ｂ ｓｈ
汽车是燃料消耗和废 气排 放的重 要 源头 。０ ７ 月 １ ２ ０ 年７ 日我 国将 执行 国 ３ 汽车排放国家标准 ，０ ０ 月１ ２ １年７ 日我 国将执 行国４ 汽车排 放国家标准 。 的 新
控 制 系统 的发 展 规模 与 模 式 日趋 成 熟 。 国际知名 品牌 汽车 的背后 是专 在 业 化分 工 的汽车配 件厂 商 ， 为其 提供 全套 的汽车配件产 品。 在国 内， 汽车消 费市 场的飞速增长 与 自主开发汽车 电 子产 品的空 白形成鲜 明的对 比。 一汽 、 二汽 、 上汽提供轿 车的车型 ， 其主要 汽 车电子配件产 品包括 汽车发动机 电子 控 制 系统基 本 由外商垄 断 。 国内主要 汽车 整 车 制造 商 完 全丧 失 了 自主开 发、 生产配 套 汽车 电子产 品 的权 利与 能力 。 而致 力于 发展 民族 品牌 的汽车 制造 商 （ 奇瑞 、 利 、 飞 、 州 五菱 吉 哈 柳 等） 在采 用 国产发动 机配 套发 动机 电
Ｓ ｓｅ 是指 通过 电子控 制手段对 发 ｙ ｔｍ） 动机点 火 、 喷油 、 空气与 燃油 的比率 、 排放废 气等进行优 化控 制 ， 发动机 使 工作 在最 佳工 况 ， 到提高 性 能 、 达 安 全、 能、 节 降低废 气排 放 的 电子控 制
压电材料性能
压电材料性能压电材料是一类具有压电效应的功能材料，它在电子、通信、医疗等领域有着广泛的应用。
压电效应是指在外加压力的作用下，材料会产生电荷分离，从而产生电压。
压电材料的性能对其应用具有重要影响，下面将就压电材料的性能进行详细介绍。
首先，压电材料的压电系数是衡量其性能的重要指标之一。
压电系数是指在单位力的作用下，材料产生的电荷分离量与作用力之比。
压电系数越大，说明材料在外加压力下产生的电荷分离量越大，从而产生的电压也越大。
因此，较大的压电系数可以提高压电材料的灵敏度和效率。
其次，压电材料的介电常数也是影响其性能的重要因素之一。
介电常数是指材料在外加电场下的极化能力，它反映了材料对电场的响应能力。
介电常数越大，说明材料在外加电场下的极化能力越强，从而可以产生更大的电荷分离量。
因此，较大的介电常数可以提高压电材料的电压输出能力。
另外，压电材料的机械性能也对其压电性能有着重要影响。
材料的机械性能包括硬度、弹性模量、断裂韧性等指标。
较好的机械性能可以保证材料在外界环境下具有较好的稳定性和耐久性，从而保证其压电性能的长期稳定性。
此外，压电材料的温度特性也是需要考虑的因素之一。
温度对压电材料的性能有着重要影响，一般来说，压电材料的压电系数和介电常数随温度的升高而下降。
因此，对于特定应用场景，需要选择具有较好温度稳定性的压电材料，或者采取相应的温度补偿措施。
总的来说，压电材料的性能包括压电系数、介电常数、机械性能和温度特性等多个方面。
在实际应用中，需要根据具体的应用要求选择合适的压电材料，并在制备和设计过程中充分考虑其性能特点，以达到最佳的应用效果。
希望通过本文的介绍，能够对压电材料的性能有一个更加清晰的认识。
压电薄膜材料
压电薄膜材料
压电薄膜材料是一种能够产生压电效应的材料，其在现代科技领域中具有广泛的应用。
压电效应是指在受到外力作用时，材料会产生电荷分布不均匀的现象，从而产生电压。
这种特殊的性质使得压电薄膜材料在传感器、换能器、声波器件等方面有着重要的应用。
首先，压电薄膜材料在传感器领域有着重要的应用。
由于其能够将机械能转化为电能，因此可以用于制造压力传感器、加速度传感器等。
这些传感器可以应用于工业自动化、医疗设备、航天航空等领域，起到了监测、控制和测量的重要作用。
其次，压电薄膜材料在换能器方面也有着重要的应用。
换能器是一种能够将一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置。
压电薄膜材料可以用于制造压电陶瓷换能器、压电陶瓷超声波换能器等，这些换能器在医疗影像、声波通信等方面有着重要的应用。
此外，压电薄膜材料还可以用于制造声波器件。
由于其良好的压电性能，可以将其应用于超声波传感器、超声波清洗器、超声波医疗设备等领域。
这些器件在医疗、清洁、材料处理等方面有着重要的应用。
总的来说，压电薄膜材料是一种具有重要应用前景的材料，其在传感器、换能器、声波器件等方面都有着广泛的应用。
随着科技的不断发展，相信压电薄膜材料的应用领域会越来越广泛，对于推动科技进步和改善人类生活将发挥着越来越重要的作用。
压电与声功能材料
压电与声功能材料一、引言压电材料是一种具有特殊性质的功能材料，能够将机械能转化为电能或反过来将电能转化为机械能。
压电效应被广泛应用于传感器、执行器、振动器、滤波器等领域。
而声功能材料则是指具有声学特性的材料，例如声吸收、隔音、声透过等特性。
本文将重点介绍压电与声功能材料的相关知识。
二、压电材料1. 压电效应压电效应是指在某些晶体中，在外界施加机械应力时，会在晶体内部产生极化现象，从而在两端产生正负极性的电荷。
这种现象被称为正向压电效应。
反之，当外界施加一个磁场时，晶体会发生尺寸变化，这种现象被称为反向压电效应。
2. 压电材料的分类根据晶体结构不同，可以将压电材料分为三类：陶瓷型、聚合物型和单晶型。
（1）陶瓷型：主要成分为铅锆钛酸钠（PZT）、铅镁铌酸钛（PMN）等，具有良好的压电性能和机械强度，但硬度较高，易破裂。
（2）聚合物型：主要成分为聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚酰亚胺（PEI）等，具有较高的压电系数和柔软性，但机械强度较差。
（3）单晶型：主要成分为硅酸盐类晶体、石英晶体等，具有优异的压电性能和稳定性。
3. 压电材料的应用压电材料广泛应用于传感器、执行器、振动器、滤波器等领域。
例如：（1）传感器：利用压电效应可以将机械信号转化为电信号，常见的应用包括加速度计、压力传感器、温度传感器等。
（2）执行器：利用反向压电效应可以将电信号转化为机械运动，常见的应用包括喷墨打印头、超声波清洗装置等。
（3）振动器：利用正向和反向压电效应可以实现振动功能，常见的应用包括陶瓷振荡器、压电陶瓷换能器等。
（4）滤波器：利用压电材料的频率选择性，可以实现滤波功能，常见的应用包括陶瓷滤波器、声表面波滤波器等。
三、声功能材料1. 声吸收材料声吸收材料是指能够将声波转化为热能或其他形式的能量，从而减弱或消除声音的传播。
常见的声吸收材料包括聚酯纤维、玻璃棉、岩棉等。
这些材料具有多孔结构和较大的表面积，可以有效地吸收声音。
2. 隔音材料隔音材料是指具有隔离噪音传播的特性，可以将噪音限制在一定范围内。
压电生物材料
压电生物材料
压电生物材料是指可以用于制作生物医学材料的压电陶瓷材料，如压电单晶、压电多晶体及其与聚合物复合的压电材料。
这些材料具有特殊的压电效应，可以用于制作人体信息探测的压电传感器，如心内导管压电微压器以及脉压传感器等。
此外，有些生物压电材料的制备方法是从生物体内提取蛋白质，通过切割、去除膜等处理，将其蛋白质分离出来，并加工成适合所需应用的形态。
在单个蛋白质的基础上，还可以通过叠加多层蛋白质、改造进行微生物发酵等方式制备生物压电材料。
以上内容仅供参考，如需更专业、更具体的介绍，建议咨询相关生物材料专家或查阅相关文献资料。
常见的压电材料
常见的压电材料
压电材料是一类具有压电效应的材料，它们可以在受到外力作用时产生电荷，
或者在施加电场时产生机械位移。
这种特殊的性质使得压电材料在传感器、换能器、声波器件等领域有着广泛的应用。
常见的压电材料包括晶体和陶瓷两大类。
晶体压电材料主要包括石英、石英类、合成晶体等，它们具有优异的压电性能和稳定的温度特性，被广泛应用于高频压电滤波器、振荡器等电子元器件中。
而陶瓷压电材料则包括钛酸锆、钛酸钡、铅锆钛酸钡等，它们具有良好的机械性能和压电性能，被广泛应用于压电换能器、压电陶瓷谐振器等领域。
除了晶体和陶瓷，还有一些新型的压电材料备受关注。
比如，压电聚合物材料
因其优良的柔韧性和可塑性，被广泛应用于柔性传感器、生物医学器件等领域。
另外，压电纳米材料由于其尺寸效应和界面效应，具有优异的压电性能和力学性能，被广泛应用于纳米发电机、纳米传感器等领域。
在实际应用中，选择合适的压电材料对于器件性能至关重要。
不同的压电材料
具有不同的物理性能和工艺特性，需要根据具体的应用需求进行选择。
同时，对压电材料的制备工艺、尺寸效应、表面处理等方面也需要进行深入研究，以提高压电材料的性能和稳定性。
总的来说，压电材料作为一类具有特殊功能的功能材料，在现代科技领域有着
广泛的应用前景。
随着材料科学和工程技术的不断发展，相信压电材料将会在更多领域展现出其独特的价值和潜力。
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压电陶瓷是指经直流高压极化后，具有压电效应 的铁电陶瓷材料。 晶体受到机械力的作用时，表面产生束缚电荷， 其电荷密度大小与施加外力大小成线性关系，这种由 机械效应转换成电效应的过程称为正压电效应。 晶体在受到外电场激励下产生形变，且二者之间 呈线性关系，这种由电效应转换成机械效应的过程称 为逆压电效应。 力→形变→电压 正压电效应
圆柱体轴向伸缩模式的耦合系数为K33（纵向耦合系数）等。
第六章 压电陶瓷材料及应用
它是压电材料进行机-电能量转换的能力反映。
它与材料的压电常数、介电常数和弹性常数 等参数有关，是一个比较综合性的参数。其 值总是小于1。
Kt
Kp
K33 K15 K31
3、机械品质因数Qm
压电陶瓷在振动时，为了克服内摩擦需要消耗能量。机械品质 因数Qm是反映能量消耗大小的一个参数。Qm越大，能量消耗越小。机 械品质因数Qm的定义式是：
一元系压电陶瓷
BaTiO3陶瓷 工作温区窄 Tc=120℃ 热稳定性差 易极化 PbTiO3陶瓷 工作温区宽 Tc=490℃ 热稳定性好 难极化
Kp =0.354
d33=191(10-12库/牛) g33=11.4(10-3伏· 米/牛) 工艺性好
Kp =0.095
d33=56(10-12库/牛) g33=33(10-3伏· 米/牛) 工艺性差 （粉化，PbO易挥发）
电压→形变
逆压电效应
三、压电性能
1、压电常数d33 压电常数是反映力学量（应力或应变）与电学量 （电位移或电场）间相互耦合的线性响应系数。 当沿压电陶瓷的极化方向（z轴）施加压应力T3时， 在电极面上产生电荷，则有以下关系式：
D3 d33T3
式中d33为压电常数，足标中第一个数字指电场方 向或电极面的垂直方向，第二个数字指应力或应变方 向；T3为应力；D3为电位移。
PZT瓷的掺杂改性 为了满足不同的使用目的，我们需要具有各种性能的 PZT压电陶瓷，为此我们可以添加不同的离子来取代A位的 Pb2+离子或B位的Zr4+,Ti4+离子，从而改进材料的性能。
等价取代 软性取代改性 PZT掺杂改性 异价取代硬性取代改性 其它取代改性
1、等价取代
等价取代是指用Ca2+、Sr2+、Mg2+ 等半径较 Pb2+ 离子小的二价离 子取代Pb2+ 离子，结果使PZT陶瓷的介电常数ε增大↑，机电耦合系 数KP增大↑,压电常数d增大↑ ,从而提高PZT瓷的压电性能。
2、异价取代
2.1 软性取代改性
所谓“软性取代改性”是指加入这些添加物后能使矫顽场强EC 减 小↓ ，极化容易，因而在电场或应力作用下，材料性质变“软”。 （a）La3+ 、Bi3+、Sb3+ 等取代A位Pb+2离子（施主掺杂）； （b）Nb5+、Ta5+、Sb5+、W6+等取代B位的Zr4+、Ti4+离子（施主掺杂）。 经软性取代改性后的PZT瓷性能有如下变化： 矫顽场强EC 减小↓，机械品质因数Qm减小↓； 介电常数ε增加↑，介电损耗tanδ增加↑,机电耦合系数KP增加↑, 抗老化性增加，绝缘电阻率ρ增加↑ 。
Qm 2 谐振时振子储存的机械 能 每一谐振周期振子所消 耗的机械能
f a2 Qm 2f r R(C0 C1 )( f a2 f r2 )
其中： fr为压电振子的谐振频率 fa为压电振子的反谐振频率 R为谐振频率时的最小阻抗Zmin（谐振电阻） C0为压电振子的静电容 C1为压电振子的谐振电容
五、压电陶瓷的极化工艺
极化工艺是指在压电陶瓷上加一个强直流电场，使 陶瓷中的电畴沿电场方向取向排列。只有经过极化工艺 处理的陶瓷，才能够显示压电效应。
1
极化电场 极化电场是极化工艺中最主要的因素，极化电场越 高，促使电畴取向排列的作用越大，极化越充分，一般 以Kp达到最大值的电场为极化电场。 极化电场必须大于样品的矫顽场，通常为矫顽场的 2～3倍，以常见的锆钛酸铅压电陶瓷为例，其矫顽场一 般为800～1200V/mm，极化电场一般取2000～3000V/mm。
第六章 压电陶瓷材料
它是压电介质把机械能（或电能）转换为电能 （或机械能）的比例常数，反映了应力（T）、应 变（S）、电场（E）或电位移（D）之间的联系， 直接反映了材料机电性能的耦合关系和压电效应的 强弱，从而引出了压电方程。常见的压电常数有四 种：dij、gij、 eij、 hij。
2、机电耦合系数Kp
2
极化时间 外加电场后，极化初期主要是陶瓷内部180°电畴 的反转，之后是90°电畴的转向，而90°电畴的转向会 由于内应力的阻碍而较难进行，因此适当延长极化时间， 电畴取向排列的程度高，极化效果好。一般极化时间为 10min～50min。 3 极化温度 在极化电场和时间一定的条件下，极化温度高，电 畴取向排列容易，极化效果好。 温度过高，陶瓷的电阻率越小，耐压强度降低，由 于高电场作用导致陶瓷体击穿，损坏压电陶瓷。常用压 电陶瓷材料的极化温度一般为50℃～150℃。
N33=fr×l
N15=fr×lt
第六章 压电陶瓷材料
四、压电陶瓷材料主要参数的确定
材料参数Kp、Qm、d33、ε33和tgδ的确定 需采用薄圆片的径向振动模式，要求薄圆片的 直径比厚度大得多，其比值大于10。极化方向与 厚度方向平行，电极面与厚度方向垂直，片子是 均匀的正圆形。 如果薄圆片的Δ f值较小时，可用下式直接计算： 当ζ =0.27时，Kp2≌2.51Δ f/fs 当ζ =0.30时，Kp2≌2.53Δ f/fs 当ζ =0.36时，Kp≌2.55Δ f/fs
其原因是它们的加入导致形成Pb2+缺位。如每两个La3+ 置换3个Pb2+，为了维持电价平衡，使得在钙钛矿结构中A 位置上的阳离子数减少，便产生一个A空位。由于Pb2+缺 位的出现，使得电畴运动变得容易进行，甚至很小的电场 强度或机械应力便可以使畴壁发生移动。结果出现出介电 常数、弹性柔顺系数的增加，同时介电损耗和机械损耗增 加，Qm降低。又由于畴的转向容易，使得沿电场方向取 向的畴的数目增加，从而增加极化强度，使得压电效应大 大增加，表现为Kp值的上升。由于畴的转向阻力变小，所 以用以克服阻力使极化反向的矫顽场很小，回线近于矩形。 又由于Pb2+缺位的存在，缓冲了90畴转向造成的内应力， 使得剩余应变变小。或者说，由于畴壁容易运动，使得畴 的内应力容易得到释放，所以老化性能好。
第六章 压电陶瓷材料及应用
二、压电效应 压电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移， 当不存在应变时电荷在晶格位置上分布是对称的， 所以其内部电场为零。 但当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电 荷分布不在保持对称就会出现净极化，并将伴随产 生一个电场，这个电场就表现为压电效应。
压电陶瓷
piezoelectric ceramics
第六章 压电陶瓷材料
“软性”添加剂是常用的改性添加剂。如：接受 型水声换能器材料，为了提高Kp值和介电常数，常 常用La2O3、Nb2O5掺杂改性。
Pb0.95Sr0.05（Zr0.52Ti0.48)O3+0.9%La2O3+0.9%Nb2O5
Kp=0.60，ε=2100，Qm=80，稳定性较好，体积 电阻率1012欧姆 “软性”添加剂的量一般不超过5%。
机电耦合系数K是一个综合反映压电陶瓷的机械能与电能之间 耦合关系的物理量，是压电材料进行机—电能量转换能力的反映。 机电耦合系数的定义是：
或
通过逆压电效应转换所 得的机械能 K 转换时输入的总电能
2
通过正压电效应转换所 得的电能 K 转换时输入的总机械能
2
压电陶瓷振子（具有一定形状、大小和被覆工作电极的压电陶 瓷体）的机械能与其形状和振动模式有关，不同的振动模式将有 相应的机电耦合系数。 如对薄圆片径向伸缩模式的耦合系数为Kp（平面耦合系数）； 薄形长片长度伸缩模式的耦合系数为K31（横向耦合系数）；
PbZrO3-PbTiO3相图
立方顺电相
1、随Zr：Ti 变化，居里点几乎线 形地从235℃变到490℃ ，Tc线以 上为立方顺电相，无压电效应。 2、Zr：Ti=53：47附近有一准同 型相界线，富钛侧为四方铁电相 FT；富锆一侧为高温三方铁电相FR， 温度升高，这一相界线向富锆侧 倾斜，并与Tc线交于360℃（表明 相界附近居里温度Tc高），在相 界附近，晶胞参数发生突变。 3、在四方铁电相FT与三方铁电相 FR的相界附近具有很强的压电效 应，Kp, ε出现极大值，Qm出现极 小值。
极化电场、极化时间和极化温度三者必须综合考虑，它们之 间互有影响，应通过实验最终确定最佳极化工艺参数。
六、 压电材料与应用
六、压电陶瓷材料
不同的应用范围对压电陶瓷材料有不同的性能 要求。 1、钙钛矿型压电陶瓷材料 化学通式是ABO3，A为半径较大的正离子，可 以是+1、+2、+3价；B为半径较小的正离子，可 以是+3、+4、+5、+6。 其中A、B、O三种离子的离子半径满足下列关 系时，才能组成ABO3结构： RA+RO=t√2（RB+RO） t是容忍因子，一般在0.86~1.03之间均可组成 钙钛矿结构。
4、频率常数N 对某一压电振子fr×l
其中：
fr为压电振子的谐振频率；
l为压电振子振动方向的长度。
薄圆片径向振动
Np=fr×D Nt=fr×t
D为圆片的直径
薄板厚度伸缩振动
细长棒K33振动 薄板切变K15振动
t为薄板的厚度
l为棒的长度 lt为薄板的厚度
二元系Pb(ZrTi)O3压电陶瓷
相 结 构 晶体结构 居里温度 Tc 类 别 <Tc >Tc PbZrO3 PbTiO3 钙钛矿结构 钙钛矿结构 正交晶系 正交晶系 230℃ 490℃ 反铁电体 铁电体 c/a =0.981<1 c/a=1.063>1 立方顺电相