压电材料及压电效应的应用_宋海龙

更薄 ，出现了细晶粒压电陶瓷。该材料提高了阵列频率 ，降低 了阵列损耗 ，但同时也降低了压电效应的影响。纳米技术的发 展提高了细晶粒压电陶瓷的压电效应 ，其压电效果与粗晶粒压 电陶瓷相当。目前 ，细晶粒压电陶瓷材料的研发工作为各国所 关注。
4）高聚物复合材料。 对于压电高聚物复合材料的研究始于 20 世纪 70 年代初 [6]。 从使用角度考虑 ，压电高聚物可分为压电塑料、压电橡胶、压 电树脂、压电高聚物复合材料及合成多肽等。压电塑料是以合 成或天然的压电聚合物为基本成分 ，在加工过程中可塑制成型 ， 而产品最后能保持形状不变的压电高聚物。压电橡胶是高弹性 压电高聚物的总称。一般来说，凡经过加工处理后的压电高聚物， 在 -130℃ ~150℃温度范围内具有较大的伸长率、抗拉强度及回 弹率的压电高聚物都属于压电橡胶类 ，具体的可分为压电硅橡 胶、压电氟橡胶等。压电树脂是半固态、固态或假固态无定型 压电高聚物 ，透明或半透明 ，压电性较强的压电树脂如尼龙 -11、 非晶态极性交替共聚物的偏氰烯 - 醋酸乙烯、聚丙烯、聚碳酸 酯等。而后发展起来的是压电高聚物复合材料 ，该材料由两种 或两种以上不同压电材料通过物理混合或化学接枝等工艺方法 结合在一起 ，它们“取长补短”，性能优于其中任意一种材料 ， PZT- 环氧树脂、陶瓷 - 高聚物压电材料较为常用。 压电高聚物无论从材料成分还是从成材形式上分 ，都没有 严格的界限。
此外利用压电技术还可以制成压电陀螺、压电流量计等各 种测量仪器 ，以及鉴频器、压电震荡器、变压器、滤波器等 ， 在生产、生活、科研及国防上都有着重要的用途。
4 结束语 压电效应技术以其特有的优势在能源需求不断增长的今天 ，
得到了日益广泛的应用。本文从压电晶体、PbTiO3 系压电材料、 压电陶瓷及高聚物复合材料四个方面针对压电材料进行了介绍 ， 给出了该技术在换能器、驱动器及传感器等方面的应用 ，相信
参考文献 [1]张鲁.NSR890型微机变压器保护装置比率差动的调试[J].电 工电气，2010（10）.
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利用逆压电效应可制成各种驱动器。按驱动方式不同 ，压 电驱动器可分为刚性位移驱动器和谐振位移驱动器。压电驱动 器不需传动机构 ，并且可达到较高的位移控制精度。同时响应 速度快 ，无机械吻合间隙 ，可实现电压随动式位移控制 ，具有 较大的力输出的同时功耗较低。我国在该领域取得了突出的成
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T技术应用 ECHNOLOGY APPLICATION
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3 结束语 为了提高海上平台与船舶的通信能力 ，需要加强无线自
组网的应用效果。采用无线自组网 ，可以解决因为船舶结构 而无法使用卫星通信的问题 ，实现船舶与海上平台的双向通 信功能 ，为提高平台安全性提供保障。
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1 压电效应原理 某些电介质在沿一定方向受外力作用而变形时 ，内部产生
极化的同时 ，在晶体的两个相对的表面上出现正负电荷 ，此现 象称为压电效应 [4]。压电效应分为正压电效应和逆压电效应。 所谓正压电效应是指晶体因机械应力的作用而使其介质化 ，并 使其表面荷电的效应。反之 ，当在晶体外部施加电场时 ，受电 场影响的晶体会产生机械形变 ，称为逆压电效应。
压电技术的发展会为我们带来更加美好的明天。
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果 ，如压电超声马达、微型机器人、微小夹持器等。 利用压电效应可制成各种传感器 ，如压电式压力传感器、
超声波传感器和压电式加速度传感器等。压电式加速度传感器 具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点 ， 在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得 到了广泛的应用 ，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。 压电式传感器还可以用来测量发动机内部燃烧压力与真空度 ， 在军事工业和生物医学测量中 ，使用亦颇为广泛。
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以保证施工的质量 ，以及减少施工过程当中安全事故的发生。 引入新型的技术到施工过程当中 ，既可以提高施工质量 ，又可 以提高施工过程的安全性 ，例如带电在线检测设备技术的使用。
4）加强施工设备的养护。 在电力施工设备长时间的使用中 ，会受到工业污染和环境 污染的影响。为了减少这些影响，需要在施工前做好相应的准备， 例如 ，在施工之前对绝缘导线防腐处理 ，或选择抗污能力较强 的绝缘子 ，并对设备加强定期的保养和维护。
2014年第23期总第167期
SILICON VALLEY
压电材料及压电效应的应用
宋海龙 ，汪 勇 ，李昊东 ，金 丹 （沈阳化工大学能源与动力工程学院 ，辽宁沈阳 110142）
摘 要 压电效应技术以其特有的优势在能源紧缺的今天发挥了显著的作用。自该技术使用以来 ，开发出了包括压电
晶体、PbTiO3 系压电材料、压电陶瓷及高聚物复合材料等新型压电材料。目前压电效应技术在换能器、驱动器、传感 器等方面得到了广泛应用。
3 结束语 电力工程存在着许多的技术和施工安全问题 ，这些问题严
重威胁了电力工程安全、稳定的运转 ，阻碍了电力系统建设的 健康发展 ，并影响着用户的正常生活。因此 ，电力工程技术与 施工安全问题成为了现代电力研究领域亟待解决的重要课题。 本文主要对这一问题进行了分析和探讨 ，提出了相应的解决措 施和方法 ，为电力工程安全、稳定、高效的运转提供了一定的
关键词 压电效应 ；压电陶瓷 ；换能器 ；传感器
中图分类号 ：TM201
文献标识码 ：A
文章编号 ：1671-7597（2014）23-0107-02
世界经济的快速发展导致了能源消耗的剧增 ，随着不可再 生能源的日渐枯竭以及出于对环境的保护 ，各国都在大力发展 可持续的清洁能源。光能、风能、太阳能等清洁能源逐渐引起 人们的重视 [1-2]。利用压电效应可进行压力发电 ，因其具有结构 简单、不发热、无电磁干扰、无污染和易于实现小型化和集成 化等优点 ，并且随着压电材料压电性能的提高及新型电力电子 器件的使用 ，能够满足低耗能产品的电能需求而成为目前研究 的热点之一 [3]。
（上接第105页） （额定电流值的整数倍）后 ，观察保护装置差流为零 ，然后改变
中一侧电流值 ，当保护动作后 ，记录动作电流值 ，将实际电流 值转换为标幺值后进行计算 ，即可得出保护装置比率差动保护 动作是否满足式（1）的动作特性。 5 结论
本文针南瑞继保的 RCS-978 主变保护装置 ，对比率差动保 护原理进行了深入的分析 ，对保护装置的动作特性、相位补偿 方法以及平衡系数计算方法做了详细的介绍 ，最后给出了继保 仪加入六路或者三路电流的试验方法 ，能够加深继保人员对主 变保护的理解 ，进而提高调试时的工作效率。
2 压电材料分类 压电材料经历了石英晶体、压电陶瓷、压电聚合物和压电
复合材料等几个里程碑式的发展 ，现针对压电材料的主要类型 进行简要介绍。
1）压电晶体。 压电晶体是较早的压电效应应用的材料 ，主要有石英晶体 （SiO2）、水溶性压电晶体（酒石酸钾钠）以及铌酸锂晶体 ，由 于压电单晶体的性能稳定 ，造价高昂 ，一般仅限用于标准仪器 或精度要求较高的传感器。压电陶瓷技术的发展逐渐有替代上 述材料的趋势。但是近些年来 ，各国学者为研制出新型晶体压 电材料 ，做了大量工作。目前已研发出了最高可达 2600pc/N， k33 可高达 0.95 的单晶压电体 ，其储能密度可达 130J/kg，是 压电陶瓷储能密度的 10 多倍。针对此类压电材料的生产工艺研 究已在美国、日本、俄罗斯和中国开展了部分工作 ，其批量生 产的成功必将扩大压电材料的进一步应用。 2）PbTiO3 系压电材料。 PbTiO3（简称 PT）系压电材料在高频高温压电陶瓷元件的 制作中得到了广泛的应用。目前 ，针对该材料进行了一些研究 ， 主要体现在 PbTiO3 纳米粉的制备 ，包括制作原料、制作方法及 制作工艺。制作原料的多样性和和制造工艺的不断更新 ，使得 PbTiO3 的性能不断得到提升 ，目前 ，该材料在换能、超声及工 业无损检测等方面得到了日益广泛应用。 3）压电陶瓷。 压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料 [5]。加工技术的发 展使得压电陶瓷的尺寸可减至亚微米级 ，因此可以将基片做得
3 压电效应的应用 压电效应技术在各种换能器、驱动器以及传感器等的制作
方面得到了广泛的应用。 压电效应在换能器中的应用 ，一个典型的例子是在电信号
时间延迟中的应用 [7]。过去用传输线制造的延迟线体积很大 ， 而且在传输过程中信号损耗较大 ，利用压电效应在一块固体介 质上贴附发射换能器和接收换能器 ，通过逆压电效应将电信号 转换为声信号在固体介质中传播 ，一段时间后 ，通过正压电效 应由接收换能器将声信号转换成电信号进行输出 ，完成信号延 迟任务。由于声波在固体介质里的传播速度比电磁波慢五个数 量级 ，因此只用体积很小的固体介质 ，就可以达到信号延迟的 目的。利用压电换能器制作的延迟线 ，具有体积小、重量轻、 性能稳定等特点 ，制作也比较容易。
指导和保障。
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