压电陶瓷发电技术研究报告综述
新型压电陶瓷的研制
新型压电陶瓷的研制引言压电陶瓷是一种能够产生电荷的陶瓷材料，当受到物理变形时可以产生电场，反之亦然。
它具有压电效应和应变耦合效应，被广泛应用于超声传感器、换能器、压力传感器等领域。
传统的压电陶瓷材料存在着性能上的瓶颈，如压电系数低、柔性差、易破碎等问题，严重影响了其应用范围。
研制新型压电陶瓷材料成为了当前材料科学领域的一项重要研究课题。
本文将从压电陶瓷的研究背景、现状及其存在的问题出发，介绍新型压电陶瓷的研制过程以及未来应用前景，旨在为读者提供一份全面的新型压电陶瓷材料研究综述。
传统的压电陶瓷材料存在一些问题，例如：压电系数较低、温度稳定性差、易破碎等。
这些问题限制了压电陶瓷材料在一些特殊环境下的应用，研制新型的压电陶瓷材料成为了当前的一项重要课题。
二、压电陶瓷的现状及存在的问题目前，市面上流行的压电陶瓷材料主要是氧化铅类和钛酸钡类陶瓷。
虽然它们在生产工艺和成本上有一定的优势，但仍然存在着一些固有的问题。
一是其压电系数较低。
传统的压电陶瓷材料的压电系数往往在100-200pC/N之间，无法满足一些高性能要求的应用需求。
二是温度稳定性差。
现有的压电陶瓷材料在高温环境下会出现晶粒长大、极化退化等问题，导致其压电性能下降，影响了其在高温环境下的应用。
三是易破碎。
传统的压电陶瓷材料脆性较大，不具备柔性，容易在外力作用下产生破裂，限制了其在柔性电子等领域的应用。
由于这些问题的存在，传统的压电陶瓷材料在一些领域的应用受到了限制，急需研制新型的高性能压电陶瓷材料来满足不同领域的需求。
三、新型压电陶瓷的研制过程1.材料设计新型压电陶瓷材料的研制首先需要从材料设计入手，通过调控材料的组成和结构来实现所需的性能。
研究人员可以通过计算机模拟、DFT理论计算等方法，预测和设计出具有高压电性能的新型化合物。
通过合理设计原子结构和晶体结构，优化晶体畸变等方式来提高压电系数和温度稳定性。
2.材料制备材料制备是研制新型压电陶瓷材料的关键环节。
压电陶瓷发电原理
压电陶瓷发电原理引言：压电陶瓷是一种具有压电效应的材料，当施加压力或拉伸力时，会产生电荷分离现象，从而产生电压差，这种现象被称为压电效应。
利用压电陶瓷的压电效应可以将机械能转化为电能，实现发电。
本文将介绍压电陶瓷的发电原理及其应用。
一、压电效应的基本原理压电效应是指某些特定材料在受到压力或变形时，会在其表面产生电荷分离的现象。
这种材料被称为压电材料，其中最常见的就是压电陶瓷。
压电陶瓷的晶格结构会在受到外力作用下发生微小的变化，从而导致电荷在晶体内部的重新排列，形成电偶极矩。
当外力消失时，晶体恢复到原始状态，电荷分布也恢复到均匀分布。
这种电荷分离的现象就是压电效应的基本原理。
二、压电陶瓷的发电原理压电陶瓷的发电原理是基于压电效应实现的。
当施加压力或拉伸力于压电陶瓷时，会使其发生微小的形变，导致晶体内部的电荷重新分布，产生电势差。
这个电势差可以通过电极引出，形成电压信号。
因此，通过施加外力，压电陶瓷可以将机械能转化为电能。
三、压电陶瓷发电的应用1. 自助发电装置：利用压电陶瓷的发电原理，可以设计自助发电装置，用于供电。
例如，将压电陶瓷片安装在道路上，当车辆经过时会施加压力，从而产生电能，用于照明或其他电力需求。
2. 能量收集器：压电陶瓷还可以应用于能量收集器中。
将压电陶瓷片安装在机械设备上，当设备运行时，会产生机械能，通过压电陶瓷将其转化为电能，用于供电或储存。
3. 压电发电机：压电陶瓷也可以用于压电发电机的构建。
通过将多个压电陶瓷片串联或并联，形成发电机的发电单元。
当外力作用于压电陶瓷时，发电单元会产生电能，多个发电单元的电能叠加，可以实现大功率的发电。
4. 振动能收集器：压电陶瓷还可以用于振动能收集器中。
将压电陶瓷片安装在振动物体上，当物体发生振动时，会产生机械能，通过压电陶瓷将其转化为电能，用于供电或储存。
结论：压电陶瓷发电原理是基于压电效应实现的，通过施加外力，压电陶瓷可以将机械能转化为电能。
压电陶瓷发电特性及其应用研究共3篇
压电陶瓷发电特性及其应用研究共3篇压电陶瓷发电特性及其应用研究1压电陶瓷发电特性及其应用研究压电陶瓷是一种能够将电能和机械能相互转换的材料，其具有很强的压电效应和角电效应。
因此，它在能量转换和储存领域中具有广泛的应用。
本文将重点介绍压电陶瓷的发电特性及其应用研究。
1. 压电陶瓷的发电特性压电陶瓷的发电机制是基于压电效应。
当施加外力或压力时，它会产生电荷分布不均的情况，从而产生电势差并形成电流。
这种电荷分布的不均匀是压电效应的直接结果。
另一方面，压电陶瓷也具有角电效应。
当施加过电压时，它可以被用作电极化器，在没有任何电学信号的情况下将机械幅度转换为电学信号。
2. 压电陶瓷的应用研究2.1 压电陶瓷发电机压电陶瓷发电机可以将机械能转换为电能。
它可以通过施加外力来刺激压电陶瓷并流过电流。
由于其结构简单、可靠性高、无污染、可靠性高等特点，压电陶瓷发电机受到了广泛的关注。
2.2 压电能量收集装置压电能量收集装置是将压电陶瓷与电容器等元件结合使用，以收集从机械系统中产生的微弱电能。
其中一种常见的应用是使用人体步态能量来为电子设备充电。
此外，还可以通过将压电元件与振动绝缘和滤波元件结合使用来收集车辆振动或其他环境振动中的能量，以实现稳定、可靠的电源供应。
2.3 压电陶瓷传感器压电陶瓷传感器被广泛应用于建筑结构、机器人、生物医学监测和流量计等领域。
例如，压电陶瓷传感器可用于对结构的物理变形和应力进行测量，以便进行健康监测。
另外，它还被用作假肢控制和人机交互的红外触摸传感器。
3. 结论压电陶瓷发电具有广泛的应用前景，但其性能需要进一步提高。
研究应该重点关注如何提高压电陶瓷的输出功率和增加其工作寿命。
此外，在应用中，还应注意减小压电陶瓷的失效率以及尽可能减少它在安装中的受外部机械、化学和热损害的风险综上所述，压电陶瓷作为一种新型的能量转换材料，具有着广泛的应用前景。
通过应用研究可发现，压电陶瓷在发电、能量收集和传感器领域都具有非常重要的应用前景。
压电陶瓷及其应用综述
压电陶瓷及其应用一. 概述压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。
某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。
晶体的这种性质称为压电性。
压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。
几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。
1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度范围内不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。
前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14 C）下才有压电性，工程使用价值不大。
1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。
这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷，并获得广泛应用。
1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。
BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。
1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。
此后又研制出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。
我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。
二. 压电陶瓷压电性的物理机制压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。
压电陶瓷特性实验报告
压电陶瓷特性实验报告压电陶瓷特性实验报告引言压电陶瓷是一种能够在外力作用下产生电荷的材料，具有广泛的应用领域。
本实验旨在研究压电陶瓷的特性，包括压电效应、介电特性和机械特性等方面。
通过实验，我们可以更深入地了解压电陶瓷的性能和应用潜力。
实验一：压电效应在这个实验中，我们使用了一块压电陶瓷片和一台压电仪器。
首先，我们将压电陶瓷片固定在仪器上，并施加一定的压力。
随后，我们观察到仪器上显示的电压值随着施加的压力而变化。
这说明压电陶瓷具有压电效应，即在外力作用下会产生电荷。
实验二：介电特性为了研究压电陶瓷的介电特性，我们使用了一台电容测试仪。
首先，我们将压电陶瓷片固定在测试仪上，并连接电源。
随后，我们通过改变电源的电压，观察到测试仪上显示的电容值的变化。
这表明压电陶瓷在电场作用下会发生介电极化，导致电容值的变化。
实验三：机械特性在这个实验中，我们使用了一台拉伸试验机。
我们将压电陶瓷片固定在试验机上，并施加一定的拉伸力。
通过改变施加的力大小，我们观察到压电陶瓷片的形变情况。
同时，我们还测量了形变量与施加力的关系。
结果显示，压电陶瓷具有良好的机械特性，能够在外力作用下发生可逆的形变。
实验四：应用潜力通过以上实验的结果，我们可以看出压电陶瓷具有多种特性，具备广泛的应用潜力。
例如，在传感器领域，压电陶瓷可以用于测量压力、温度和加速度等参数。
此外，在声学领域，压电陶瓷可以用于扬声器和麦克风等设备。
还有一些其他领域，如医疗、能源和通信等，也可以应用压电陶瓷技术。
结论通过本次实验，我们深入了解了压电陶瓷的特性。
压电效应、介电特性和机械特性是压电陶瓷的重要特性，为其在多个领域的应用提供了基础。
压电陶瓷的应用潜力巨大，可以为现代科技的发展做出重要贡献。
我们相信，在进一步研究和技术创新的推动下，压电陶瓷将在未来得到更广泛的应用。
压电陶瓷材料的研究进展与发展趋势_李环亭
现 代技术 陶瓷
的驱动力 , 更好的压电性能 。 P Z T 压电厚膜材料 已被广泛地应用于制造微型机械泵 、 厚膜微致动 器 、高频声纳换能器 、压力传感器 、微机械谐振 器 、压电加速度转换器 、 新型超声复合换能器 、 弹性波传感器 、 光纤调制器 、压电多层致动器 、 微 电子机械系统 ( M E M S ) 器件等
价值的压电陶瓷 , 这是压电材料的一个飞跃 。 1955 年 J a f f e 等在系统地研究各种钙钛矿型 化合物固 溶体 性能 和结 构 的基 础上 , 发 现 P Z T ( 锆钛酸铅 ) 压电陶瓷在因成分变化引起的所谓 准同型相界或同质异晶相变成分 ( X= 0. 52 ) 附 近 , 四方相和三角相共存 , 相变激活能低 , 只要在 微弱电场的诱导下 , 就能发 生晶相结构的 转变 , 极化处理时可以获得高压电活性和高介电常数 , 压电常数是 B a T i O 3的两倍 , 且其各方面的性能比 B a T i O 3陶瓷好得多 , 具有 耦合系数 大 、压电 性更 强、 居里温度高和可通过变更成分在很大范围内 调节性能以满足多种不同需要等优点 。 因此 , P Z T 压电陶 瓷一经出现就 得到各国研究者 的重 视 , 并迅速在电子 、光 、热 、声等领域得 到广泛的 应用 。 1965 年松下电器公司的研究人员在 P Z T 的 组成中加入 P b ( M g b O 铌镁酸铅 ) , 试制 1/ 3 N 2/3 ) 3( 成功了三元系压电陶瓷 , 取 名为 P C M 。 此后 ,
2009年第 2 期 ( 总第 120期 )
碍了极化 , 使 Q m提高 。 当掺杂量超过一定量时 , M n 除了进入晶格之 外 , 多余的部分聚 集在晶界 处 , 阻碍了晶粒的生长 , 降低了晶粒分 布均匀性 和晶粒强度 , Q 相对降低 。 m
无铅压电陶瓷研究进展
质 ， 生 产 、 用 及 废 弃 后 的 处 理 过 程 中 ， 会 在 使 都 给 人 类 和 生 态 环 境 造 成 损 害 。Ｐ Ｏ 的 挥 发 也 ｂ 会 造 成 陶 瓷 中 的 化 学 计 量 比 的偏 离 ， 产 品 的 使
一
Ｂ Ｔｉ 。 ａ Ｏ 研究 体 系 主要 有 ： １ （ 一ｘ Ｂ Ｔｉ 。 （ ） １ ） ａ Ｏ 一ｘ Ｏ （ ＡＢ ３ Ａ—Ｂ 、 ａ ； — Ｚ 、 ｎ ＨｆＣ 等 ） ａ Ｃ 等 Ｂ ｒＳ 、 、 ｅ ；
维普资讯
第 ５ 期
王 红 丽 ， 艳 改 ： 铅 压 电 陶 瓷研 究 进 展 刘 无
３ １
３ 铌 酸 盐基 压 电陶瓷
铌 酸 盐压 电 陶瓷无铅 无铋 ， 具有 密度 小 ， 学 声
Ｋ Ｌ Ｏ 。 。钨 青铅 型 自发 极 化强 度大 、 里 ｉ 。 。） Ｎｂ 居 温 度高 、 电常数 低 ， 铁 电 、 电 、 释 电 、 线 介 在 压 热 非 性 光学 等方 面性能 十分优 越 ， 得到 广泛关 注 ， 尤其 对该 体 系 陶瓷进 行 掺杂 或 取 代 的改 性 ， 现 在研 是
Ｂ Ｔ Ｏ。 究 比较 成 熟 ， 并 不 能 替 代 Ｐ Ｔ ａｉ 研 但 Ｚ
陶 瓷在压 电铁 电领域 的广 泛应 用 。主要是 因为 以 下不 足 ： １ 居 里 点 不 高 （ １ ０ ， 能 的 时 （） Ｔ 一 ２ ℃） 性
和化学稳 定性 等优 点 ， 已广 泛 用于 电子 、通信 、 航 空 、 电、 发 探测 、 冶金 、 计算机 等诸 多领 域［ 。 ４ ］
（ ） 电 性 能 与 含 铅 系 列 陶 瓷 相 比 ， 有 一 定 差 ３压 还
距， 且难 以通 过掺 杂 改 性 大 幅度 改 善 其 性能 ； ４ （） 需 高温烧 结 （ ３ ０ １ ５ ℃） 且 烧 结存 在 一 定 难 １０ ～ ３ ０ ，
压电陶瓷的工作原理及其应用
压电陶瓷的工作原理及其应用1. 什么是压电陶瓷嘿，朋友们，今天咱们就聊聊一个神奇的材料——压电陶瓷。
乍一听这个名字，可能会让你觉得有点高大上，但其实它可比你想的要简单有趣多了！压电陶瓷是一种能够把机械压力转化为电能的陶瓷材料。
听着是不是感觉像魔法？其实，这就是科学的魅力所在！它们就像是“电力小精灵”，无论我们是用手一碰，还是给它施加点压力，它们就能乖乖地输出电流，太神奇了吧！1.1 工作原理说到工作原理，咱们就要提到“压电效应”了。
简单来说，压电效应就是那些陶瓷在受到压缩时，内部的分子结构发生了变动，从而产生电荷。
这种原理就像我们玩橡皮泥，捏捏搓搓后，形状有了变化，当然，压电陶瓷一旦受到力的作用，电流便会流动起来！所以乍一看，这可不是一个传统的电池，但说它是一个“力”的发电机，应该是无可厚非的。
同样，它也能反向运作——当施加电压时，陶瓷会发生微小的形变，变得扭来扭去，宛如小舞者一样，摸起来可是特别有趣哦。
1.2 材料构成说到这里，有人可能会好奇，压电陶瓷到底是什么“做”的呢？实际上，它们一般是由一种叫做钛酸铅或锆钛酸铅的化合物制成的。
这些材料在高温下经过特殊处理，就能形成压电特性。
嘿，这听起来是不是好像科学实验室里那些复杂的步骤？别担心，这只是为我们赠送了这些神奇小玩意的“开机”密码！而且，压电陶瓷的种类也很多，像是单晶压电材料、陶瓷复合材料等等，各种各样的人才齐上阵，因为不同的应用需求，各有所长嘛。
2. 压电陶瓷的应用说完了原理，咱们再聊聊这些压电陶瓷到底能在哪儿派上用场。
其实，咱们的日常生活中，很多地方都藏着它们的身影哦。
比如说——声纳和麦克风，这些小玩意能把声波转化成电信号，或者把电信号转化为声波，而其中的关键材料就是压电陶瓷。
是不是感觉涨知识了呢？此外，在医疗器械中，超声波诊断仪也是用得上压电陶瓷，通过振动产生声波图像，助医生“大显神通”呢！2.1 家庭中的应用你还知道吗，在咱们的家庭中，压电陶瓷其实也贡献了不少力量呢！比如常见的点火器，尤其是在烧烤的时候，叮的一声，火就起来了，这可全靠压电陶瓷的的“点石成金”之功。
压电陶瓷应用研究进展
引言压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料 ,它具有压电效应。
所谓压电效应是指由应力诱导出极化 (或电场 ) ,或由电场诱导出应力 (或应变 )的现象 ,前者为正压电效应 ,后者为负压电效应 ,两者统称为压电效应。
目前为止 ,压电陶瓷的这种压电效应已被应用到与人们生活密切相关的许多领域 ,遍及工业、军事、医疗卫生、日常生活等。
可见压电陶瓷应用的研究意义非常重大。
随着新工艺和新材料的出现 ,压电陶瓷应用日新月异 ,本文描述了一些压电陶瓷新应用成果。
2压电陶瓷的广泛应用压电陶瓷的应用十分广泛。
大体说来 ,可分为频率控制、换能传感和光电器件等方面。
2 1压电陶瓷频率控制器件压电频率控制器件有滤波器、谐振器和延迟线等 ,这类器件使用于道倍机、微机、彩电延迟电路等中。
压电陶瓷片 (压电振子 )在外加交变电压作用下 ,会产生一定频率的机械振动。
在一般情况下这种振动的振幅很小 ,但是当所加电压的频率与压电振子的固有机械振动频率相同时会引起共振 ,振幅大大增加。
这时 ,交变电场通过逆压电效应产生应变 ,而应变又通过正压电效应产生电流 ,电能和机.免费能源--压电陶瓷的新用途。
压电陶瓷4000千瓦压电能量回收系统在以色列的高速公路（一公里能发出的电力是400千瓦电能。
)压电陶瓷是我们常见的“免费能源”比如，你身上的打火机。
你家煤气炉子的打火器。
还有压电陶瓷扬声器。
但是有没有人想过：用她来建一座发电厂呢？以色人就想到这点。
并且…建成‟--以汽车驶过。
路基受压。
的压电陶瓷公路。
这种压力是不必付款的免费能源。
只要初期投资。
以后将不必要任何"能源"的再投入。
而且永远免费。
路面下埋藏着…压电陶瓷的高速公路。
1立交桥更是非常棒的发电厂。
原则产生电已经应用于设备被放置在其振动沥青路面。
转换成电力,以色列的工程师希望收获的能量从过往车辆。
他们的精力充沛的数字是看点。
发包人哈伊姆阿布拉莫维奇从理工(以色列海法的理工学院)说该系统能生产400千瓦从1公里长的伸展,在一条四车道的公路系统。
基于压电陶瓷叠堆的压电发电技术研究
ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｔ ａ ｃ ｋ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｗａ ｓ ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ
Ｉ Ｘ ） Ｉ ：１ ０ ． １ ３ ５ ２ ４ ／ ｊ ． ２ ０ ９ ５ ～ Ｏ ０ ８ ｘ ． ２ ０ １ ５ ． ０ １ ． ０ １ ８
基 于 压 电 陶 瓷 叠 堆 的 压 电发 电 技 术 研 究
魏喜 雯 ，史丽萍 ，黄 洁 ，庞桂云 ，张 波
（ １ ． 黑龙 江大 学 机 电３ － 程 学院 ，哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ８ ０ ；２ ． 黑龙 江工业学院，黑龙 江 鸡西 １ ５ ８ １ ０ ０ ）
Ｐｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｔ ａ ｃ ｋ
摘 要 ：利用压电陶瓷叠堆在外力作用下能产生电荷这一效应，对压电材料发电技术进行 了理论和实验研究，
并将 所产生的电能经过 电路调整 ，储存在锂电池组 里 ，用于 发电 。经理论 分析和 实验研 究发现 ，将 Ｏ ～６ Ｏ Ｎ 的 外力施 加到压电叠堆上 ，最高可产 生 ６ ． ４ ８ ８ Ｖ 的电压 。同时发现 ，稳压 芯片 Ｌ Ｍ２ ５ ７ ５ ＨＶＴ － １ ２ Ｖ输 出电压为 １ ２ Ｖ、电流为 １ Ａ时 ，压电叠堆 产生的电能 ，可通过 １ Ｆ超级 电容器 和 Ｌ Ｍ２ ５ ７ ５ ＨＶＴ － １ ２ Ｖ组成 的电路经过 １ ２ ｈ将
压电陶瓷文献综述1
压电陶瓷文献综述班级：姓名：学号：专业：压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料压电效应{1},压电陶瓷除具有压电性外, 还具有介电性、弹性等, 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。
压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性，压电陶瓷主要用于制造超声换能器、水声换能器、电声换能器、陶瓷滤波器、陶瓷变压器、陶瓷鉴频器、高压发生器、红外探测器、声表面波器件、电光器件、引燃引爆装置和压电陀螺等{2}，除了用于高科技领域，它更多的是在日常生活中为人们服务，为人们创造更美好的生活而努力。
基本释义压电陶瓷是一类具有压电特性的电子陶瓷材料。
与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒{3}。
由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的{4}。
为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向. 经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质{5}。
发展历史1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史{6}。
1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数{7}。
1894年，Voigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。
第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章{8}。
第二次世界大战中发现了BaTiO3陶瓷，压电材料及其应用取得划时代的进展。
压电陶瓷电致伸缩系数文献综述
河北科技师范学院本科毕业论文文献综述院（系、部）名称：物理系专业名称：物理学学生姓名：***学生学号：1112120115指导教师：***2016 年 1 月 5 日摘要压电陶瓷是一种具有压电效应功能的陶瓷材料，已被用于许多领域。
本文主要对压电陶瓷的特性、电致伸缩材料研究的新进展、微小形变的测量方法进行了综述。
同时简要介绍了压电陶瓷电致伸缩系数的测量。
关键词：压电陶瓷；电致伸缩；微小位移1引言1.1研究意义伴随着科技的迅猛发展, 在电子学、光学、精细加工、航空航天及扫描隧道效应和小型电机显微镜等技术领域迫切需要亚微米级的微位移技术。
如光通讯聚焦技术、大规模集成电路设备、移动微电机等。
由于温度、振动和噪音等环境因素拢动, 都会造成位置偏差,要达到亚微米超情控制还是很困难的［1］。
在各种微位移器中以电致伸缩微位移器性能突出( 具有施加电压低、位移量大、滞后小、重复性好、无老化等特点), 从而引起人们高度重视。
而压电陶瓷具有良好的电致伸缩性能。
因此对于压电陶瓷电致伸缩的研究成了人们关注的焦点。
1.2国内外研究现状BaTiO3是最早的有实用价值的压电陶瓷，具有可制成任意形状和任意极化方向等优点。
50‐80年代期间，锆钛酸铅问世，极化时可获得高压电活性和高介电常数，压电常数是BaTiO3的两倍。
内野等人对电致伸缩材料及其力学性质进行了细致的研究［2-3］。
张涛等人研究了压电陶瓷的特性[4-5]。
80年代以来，发展了两种新型的PbTiO3陶瓷。
改良的陶瓷具有强的压电各向异性的优点，优于PZT和PT。
孙立宁、王裕斌等人研究了电致伸缩及其应用[6-7]。
90年代初，通过米用所研制的H R P D 系列压电/ 电致伸缩陶瓷驱动电源对W T D S 一I 电致仲缩微位移器进行了实验研究, 得出来用电极化强度控制的方法使电致伸徽位移器的迟滞由原来的15 % 减小到1 %, 蠕变由原来的1 0 % 减小到1%, 并实现位移输出的线性化[8-9]。
无铅压电陶瓷的研究与应用进展
无铅压电陶瓷的研究与应用进展一、本文概述随着科技的进步和社会的发展，无铅压电陶瓷作为一种重要的功能材料，其在众多领域中的应用越来越广泛。
无铅压电陶瓷，顾名思义，是指那些不含有铅元素，同时具备压电效应的陶瓷材料。
这类材料因其独特的物理性质，如压电性、热释电性、铁电性等，使得它们在传感器、换能器、谐振器、滤波器、驱动器等电子元器件以及医疗、环保、能源、通信等领域具有广阔的应用前景。
本文旨在全面综述无铅压电陶瓷的研究现状和应用进展。
我们将首先介绍无铅压电陶瓷的基本概念、性质及分类，然后重点论述其制备工艺、性能优化、改性方法等关键技术问题。
我们还将对无铅压电陶瓷在各个领域的应用情况进行深入探讨，分析其在不同应用场景中的优势和挑战。
我们将对无铅压电陶瓷的未来发展趋势进行展望，以期为推动该领域的研究和应用提供有益的参考。
二、无铅压电陶瓷的分类与性能无铅压电陶瓷，作为一种环境友好且性能优良的压电材料，近年来受到了广泛的关注和研究。
根据其组成和结构的不同，无铅压电陶瓷主要可以分为以下几类：碱土金属氧化物基无铅压电陶瓷、铋层状结构无铅压电陶瓷、钨青铜结构无铅压电陶瓷以及其他复杂结构无铅压电陶瓷。
碱土金属氧化物基无铅压电陶瓷，如钛酸钡（BaTiO3）和钛酸锶（SrTiO3）等，具有较高的居里温度和稳定的压电性能。
这些材料在传感器、执行器以及谐振器等领域有着广泛的应用。
然而，它们的压电性能相对铅基压电陶瓷来说较低，因此，提高其压电性能是无铅压电陶瓷研究的重要方向。
铋层状结构无铅压电陶瓷，如铋酸钠（Bi2NaNbO7）和铋酸钾（Bi2KNbO7）等，具有层状结构和良好的压电性能。
这类材料的压电常数和介电常数都较高，因此在高频、高功率、高温等极端环境下具有广泛的应用前景。
然而，其居里温度较低，限制了其在高温领域的应用。
钨青铜结构无铅压电陶瓷，如铌酸钾钠（K5Na5NbO3）和铌酸钾锂（LiNbO3）等，具有良好的压电性能和较高的居里温度。
压电陶瓷综述
摘要:本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展,着重介绍了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(包括BaTiO3(BT)基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐K1/2Na1/2NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷)、钨青铜结构无铅压电陶瓷及铋层状结构无铅压电陶瓷等不同陶瓷种类的相关体系、制备方法及压电铁电性能,并根据相关性能参数分析了无铅压电器件的应用领域,最后对其发展前景进行了展望。
关键词:无铅压电陶瓷;钙钛矿结构;钨青铜结构;铋层状结构1引言压电陶瓷作为一种将机械能与电能相互转换的重要功能材料,因具有稳定的化学特性、优异的物理性能、易于制备各种形状和任意极化方向的材料特性,广泛应用于基于压电等效电路的振荡器、滤波器和传感器,各种类型的水声、超声、电声换能器等,遍及日常生活、工业生产以及军事等领域[1]。
随着电子信息技术的飞速发展,现在对电子元器件的小型化、功能化、低成本、高稳定性的要求更高,压电陶瓷材料及其应用研究也正在加深,期望得到具有性能好、品种多、增值高、污染少等优点的压电陶瓷材料。
目前大规模使用的压电陶瓷材料主要是性能优异的以PZT为基的二元系及多元系陶瓷,但是PbO(或Pb3O4)含量约占其原料总量的70%左右,PbO有毒、高温下具有挥发性,在材料的制备过程中不仅危害环境,而且使其化学计量式偏离了计算配方,进而使产品一致性和重复性降低,导致陶瓷性能下降。
另外,含铅器件废弃后也会给人类及生态环境带来危害,如果将其回收实施无公害处理,所需成本将很高,甚至远高于当初器件的制造成本[2]。
因此,不管是为了满足市场需求,还是出于保护环境,压电陶瓷材料的无铅化是必然趋势 ,进行无铅压电陶瓷及其应用的研究开发将是一个具有现实意义的课题。
2无铅压电陶瓷概况无铅压电陶瓷,也称为环境协调压电陶瓷,要求陶瓷材料既具有尽可能高的压电性能又具有良好的环境协调性。
从20世纪60年代起国内外的科研人员就开始了对铌酸盐和钛酸盐为主的钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研究。
压电陶瓷发电原理
压电陶瓷发电原理压电陶瓷发电原理是指将外界施加的机械压力转化为电能的过程。
压电陶瓷是一种具有压电效应的特殊材料，它能够在受到外力压缩或拉伸时产生电荷分离，从而产生电压。
压电陶瓷的发电原理是基于压电效应的。
压电效应是指某些特殊材料在受到外界力作用时，会发生形变，进而产生电荷分离现象。
这些材料被称为压电材料，而压电陶瓷就是其中的一种。
当一个压电陶瓷材料被施加压力时，内部的晶格结构会发生微小的变化。
在这个过程中，正负电荷会发生相对位移，从而产生正、负电极。
这种电荷分离会导致两个电极之间产生电势差，即产生了电压。
为了将这种电压转化为可用的电能，需要用到一种称为压电陶瓷发电器的装置。
压电陶瓷发电器由一块压电陶瓷片和两个金属电极组成。
当施加压力导致压电陶瓷产生电势差时，这个电势差会在电极之间产生电流。
在实际应用中，压电陶瓷发电器常常与机械装置结合在一起，利用机械力来施加压力并产生电能。
比如，可以将压电陶瓷嵌入到道路或桥梁上，然后当车辆经过时，轮胎的压力会导致压电陶瓷发电器产生电能。
又比如，可以将压电陶瓷安装在船体或风力发电机的叶片上，当受到水流或风力的压力时就能产生电能。
压电陶瓷发电原理的应用非常广泛。
除了上述提到的道路能量回收和海洋能量回收之外，还可以应用于卫星和移动通信设备的能量回收、智能手表和手提设备的能量回收等。
此外，压电陶瓷发电原理还可以用于传感器技术和可视化显示技术等相关领域。
总之，压电陶瓷发电原理是基于压电效应的，通过施加外力使得压电陶瓷产生电势差，进而产生电流，实现能量转化的过程。
这个原理在能量回收和相关领域的应用非常广泛，有着广阔的发展前景。
基于压电陶瓷材料下的噪声发电研究
基于压电陶瓷材料下的噪声发电研究随着科学技术的不断发展，人们对环保、节能的要求越来越高。
在这样的背景下，新能源的研究成为了众多科学家的关注重点之一。
而利用压电陶瓷材料来进行噪声发电研究，成为了一种备受关注的方向。
压电效应是指某些晶体在受到机械应力时会产生电荷分离现象的现象。
这种现象的发现为噪声发电提供了新的途径。
噪声发电是指通过收集噪声和振动能量，将其转化为电能的一种技术。
随着城市化进程的加快，城市中的噪声污染问题也日益凸显，因此将噪声转化为电能成为了一种拓展新能源的途径。
在压电陶瓷材料的研究中，最引人注目的是钛酸锆钠（PZT）陶瓷材料。
PZT陶瓷是一种聚合物陶瓷材料，具有良好的压电性能，因此被广泛应用于压电传感器、压电换能器等领域。
近年来，科学家们开始尝试利用PZT陶瓷材料来进行噪声发电研究。
通过将PZT陶瓷材料应用于噪声发电中，可以有效地将噪声振动能量转化为电能。
研究表明，当PZT陶瓷材料受到外界噪声振动时，会产生电荷的分离现象，从而产生电压。
这种电压可以通过外部电路进行收集和存储，进而用于驱动电子设备或充电。
而在具体研究中，科学家们提出了一种基于PZT陶瓷材料的噪声发电装置。
该装置由PZT陶瓷材料、噪声传感器和电子设备组成。
通过将噪声传感器固定在噪声源附近，可以实时监测噪声振动情况，并将其转化为电信号。
而PZT陶瓷材料则被固定在噪声振动的位置，将其转化为电能。
通过电子设备将PZT陶瓷材料产生的电能存储起来，以供后续使用。
在实际应用中，该装置可以应用于城市中的噪声污染场景中。
可以将其安装在街道、机场、地铁站等噪声较大的场所，通过收集噪声振动能量，转化为电能，为当地居民提供绿色清洁能源。
该技术还可以应用于工厂、办公楼等地方，将噪声振动能量转化为电能，为生产和使用提供电力支持。
这种通过噪声产生电能的技术，为解决城市噪声污染问题提供了一种新的途径，也为新能源的研究开辟了新的方向。
压电陶瓷材料下的噪声发电研究也面临着一些挑战。
PZT陶瓷的压电性能测试实验报告
测量头原理示意图
4. PZT压电陶瓷d33的测量
4. PZT压电陶瓷d33的测量
3.操作方法
3.1 测试前的准备工作
3.1.1 用两根多芯电缆把测量头和仪器本体连接好，接通电源。 3.1.2 把附件盒内的Φ20尼龙片插入测量头得上下探头之间，调节 手轮，是尼龙片刚好压住为止。 3.1.3 把仪器后面板上的“显示选择”开关置于“d33”一侧，此时 前面板上右上方绿灯亮。 3.1.4 仪器后面板设有“量程选择”开关，可根据需要选择。一般 置于“×1”档即可，如材料的d33值较低可置于“×0.1”档；但两档要 分别为零。 3.1.5 按下“快速模式”，仪器通电预热10分钟后，调节“凋零” 旋钮使面板表指示在“0”与“-0”之间跳动，跳动即完成，撤掉尼龙片 开始测量。凋零一律在“快速模式”下进行，为减少测量误差，在测 量过程中零点如有变化或换档时，需要从新凋零。
快速模式即连续测量，被测元件均为极化后已放置一点时间并已彻 底放电后的试样，此时“放电提示”红色发光二极管闪烁，随时提醒 操作人员首先对压电元件放电后再进行测量，以避免损坏仪器。选择 “快速模式”测量，每更换一个被测元件，表头会迅速显示d33结果及 正负极性。
3.4“安全模式”测量
对于刚刚极化完的压电试样，在短时间内，即使多次放电也很难彻 底放完，压电试样上仍然会存在少则几千伏，多则几万伏的电压。选 择“安全模式”可使仪器在测量过程中能自动对被测元件进行放电， 以确保仪器安全。在插入被测试样后，放电过程开始并自动完成，此 时表头指示为零，按下“测量触发”键，表头才能显示出测量结果。 每测一只元件，都要重复一次上述过程。在“安全模式”状态下， “放电提示”指示灯熄灭，“测量触发”按钮内的绿色发光二极管一 直点亮。
PZT压电陶瓷的制备及其d33 的测试
压电陶瓷实验报告
压电陶瓷微位移性能测量实验报告一、实验目的：1、了解压电陶瓷的性能参数；2、了解电容测微仪的工作原理，掌握电容测微仪的标定方法；3、掌握压电陶瓷微位移测量方法；二、实验仪器：电容测微仪一台：型号JDC-2000测微台架一台：型号BCT－5C，斜度1:50直流调压器一台：电压量程（0～300V）标定平铁板一块压电陶瓷管一根三、实验原理：（一）利用测微台架标定电容测微仪在测微台架的台架上放置一金属平板，将电容测微仪探头用测微台架夹紧，使探头的端面与平板平行，见图1，移动测微台架的旋钮，分别读出测微仪移动示值和电容测微仪的示值。
这样得到一组数据即可对电容测微仪进行标定。
图1 电容侧微仪标定原理图（二）用标定后的电容测微仪测量压电陶瓷管的线性度在电容测微仪的线性区（对应机械标定仪的某个位置），通过可调直流电源按一定间隔改变直流电压（见图2），分别对压电陶瓷加压，使之分别产生轴向变形（见图3）和弯曲变形（见图4），从而得到压电陶瓷的伸长与偏转量与施加其上的电压的关系。
图2 可调高压电源图3 测压电陶瓷轴向伸缩图4测压电陶瓷侧向弯曲四、实验步骤（一）标定电容测微仪的线性度１、实验前，了解实验原理及其实验注意事项，并检查实验仪器是否齐全。
２、使用仪器前，将传感器端面与被测物（标定平铁板）表面用汽油认真清洗干净，以清洗掉杂质及灰尘微粒；而后将电源线和传感器与电缆分别连接好并拧紧。
３、将标定平铁板安放在测微台架的台架上，而后用夹具将电容传感器探头夹紧，接着上下调整探头使探头与标定平铁板距离接近测量区。
４、为便于进行数据分析，可将测微台架示值调至某一合适值，并将电容测微仪示值调零，而后进行实验；实验采用一人细调（等间距）测微台架，另一人记录的方式，为了标定线性区，测定线性误差，调值采用先等间距调至140μm，再等间距调回的方法。
（为了节约时间，调值范围为0～140μm，调值间距为5μm，共计读29个数。
）５、实验完成后，调整测微台架使探头远离标定平板到合适位置，取下标定平板（并估算找出电容测微仪的线性工作区，我们找的较为好的线性工作区是0～100μm）以进行压电陶瓷的性能及其微位移测量的实验。
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压电陶瓷发电技术的研究摘要：信息技术的飞速发展并没有带动电源技术的快速发展，电源的能量密度没有明显的提高［1］。
虽然化学能电池因使用方便而被广泛使用，但环境污染、回收困难、浪费材料等问题也日益突出。
压电陶瓷振动发电机是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置，压电陶瓷发电技术的研究已得到广泛重视，在无线传感器网络自供电方面具有较广阔的应用前景。
Abstract: The rapid developme nt of in formatio n tech no logy has n ot led to the progress of power source, an dsupply en ergy den sity is no tsig nifica ntly improved. Although the chemical batteries are widely used, but the disadva ntage that they waste materials, polluteenvironment and recycle difficulty. Piezoelectric vibration generator is an inno vative type ofpersiste nt, clea n and maintenan ce-free power gen erati on d evice. The research of piezoelectric ceramictech no logyfor power gen erati on has received wide atte ntio n, which has good prospect of applicati ons in wireless sensorn etworks.1、压电陶瓷振动发电原理压电材料具有压电效应，压电效应是由于晶体在机械力的作用下发生形变＜伸长和压缩)而引起带电粒子的相对位移(偏离平衡位置＞，从而使得晶体的总电矩发生变化而造成的，分为正压电效应和逆压电效应两个方面，二者耦合在一起的。
如果在压电陶瓷上加交变电场，贝U其就会交替出现伸长和压缩，即发生振动，反之，压电陶瓷发生机械振动时也会产生电场。
因此，可利用机械能使压电陶瓷振动发电。
图i压电效应原理在1942年到1945年，美国、前苏联及日本的科学家发现钦酸钡(BaTIO3＞是铁电体，极化后具有压电性能。
钦酸钡陶瓷的发现促进了压电材料的发展，它不但使压电材料从一些单晶体材料发展到压电陶瓷等多晶体材料，而且在压电性能上也有了大幅度提高。
但BaTi o3的压电性随温度和时间的变化比石英晶体大，而压电性又比罗息盐弱，不能满足广泛的应用需求。
后来人们发现了锆钛酸铅PbZrO-PbTi0 3(PZT＞固溶体系统有非常强及稳定的压电性能。
到目前，PZT系陶瓷几乎已完全取代了BaTiO 3系陶瓷。
2、压电陶瓷发电技术和理论的国内外研究现状压电陶瓷在外力的作用下可以产生电荷这一现象被发现几十年了，但受压电材料发电能力的限制，将这部分电荷收集、储存起来用作驱动微功率电器的电源的研究一直很少。
近年来，高集成化、低能耗电子器件和无线电射频技术(RF，Radio- frequency ＞的使用，为压电发电技术的应用提供了前提。
另一方面，随着材料科学和制造技术的发展，高性能、高机电转换效率的压电材料不断出现，压电薄膜的厚度可减小到0.02mm利用多压电薄膜并、串联的方法可获得所需要的电流、电压。
S. W. Arms 等人研制成功的温湿度传感器节点，该传感器能够通过无限发射器将检测到的信息传输出去［2］。
该传感器最大的特点其内部包含了小型压电发电装置，该发电装置能够利用环境中的振动能发电以维持整个传感器节点的工作，因此不需要定时更换电池或充电，可广泛应用于环境检测领域。
该模块是一个由质量块和双压电片悬臂梁组成的锥形弹簧系统，锥形悬臂梁(长5Omm＞的设计使压电材料上具有几乎相等的应力分布，设置在悬臂梁自由端的质量块(250g＞能够确保该系统与环境振动处于共振状态。
2003年，由NEC TOKIN与日本Heardea联合开发出采用压电发电装置的新型道路标识，该标识是直径为13.5cm的圆形，外围有受风的羽状物。
内部配置了压电转换元件和钢球以及 6个LED 其原理就是通过钢球下落时撞击压电转 换元件来发电。
可发电风速为 3m/s-6m/s ，每秒发光3次，每次发光时间3ms 以上。
美国德克萨斯州大学的电子工程师Priya 发明了一种可以为无线网络供电的袖珍 风车⑶。
这种风车周长大约为10 cm,它附在一个旋转凸轮上,当凸轮旋转时,可 使一系列压电晶体不断伸缩。
当压电材料被挤压或伸展时 ，便会产生电能。
在理论研究方面，压电发电器的理论模型对于研究压电发电装置的发电特 性、压电发电装置的性能预测以及压电发电装置的优化设计等方面都具有指导 性作用。
我认为目前构建压电发电装置的几种理论数学模型各有各的优缺点。
主要通过两种方法构建，一种是基于忽略内部电场的正压电方程，推导压电晶 体开路电压的数学表达式 ⑷。
女口 Newnham 的复合陶瓷串并联理论模型，方法简 便，但是由于模型忽略了压电晶体内部的电场对能量转化效率的影响，导致得 出的表达式不能准确的反应压电发电装置的发电特性，另外，他的模型只能推 导出发电装置开路电压的数学表达式，不能讨论输出电压、输出电流、负载特 性等重要的电源特性参数，因此模型本身于压电发电装置的性能研 A 究和优化 设计所能发挥的作用不大。
另外一种建模方法是用各种电学元件模拟压电转化 及力学传动过程中的各种阻尼，把压电发电器的机械部分和电学部分分别等效 成电路，用一个等效变换器模拟压电晶体的机电藕合过程，从而把机械部分和 电学部分的等效电路联系图2 V 2不变时，理论计算值与样品测量值的比较<a ）密度p 随V 2变化的曲线； <b ）压电常数£ 33随V 2变化的曲线 <c ）相对介电常数d 33随V 2变化的曲线； < d ）压电电压常数g 随V 2变化的曲线 起来，建立模型呵。
女口 Roundy 博士和Archin C. Bhatt 的数学模型，是通过把 压电发电器的机械部分和电学部分分别等效成电路、然后用一个等效变压器将 两部分等效电路联系起来以模拟机电祸合的方法建立起来的。
这种建模方法巧妙，也比较准ZUT0,1 U.2 0.1 0.4 0.3 0.6 0,7 0.9 ].2 0.1 0.2 0.3 0.J 0.5 06 Q.7 0.S 0.9 结构裁瓠1 何 结构掺敷W 拧为3軽疑却柴衩軒Q.4 0.3 0.1 Tin0.7啦a.5a4b.3o.2o.lo确，但模拟参数在不同情况下是不同的，必须实验测定，给优化设计带来了不便。
国内有研究者对国外的模型进行了修正，比如北京邮电大学自动化学院的李莉⑹提出了一种用于计算新型1-3-2型压电陶瓷介电常数和压电常数的理论模型，推导出了复合材料的介电常数d33和压电常数& 33,的计算公式，实验结果与计算值符合较好，误差也较小，见图2。
但是她的模型对其他的压电参数都没有涉及到，并且公式对其他类型压电陶瓷无通用性。
个人认为大连理工大学褚金奎教授等人提出的压电陶瓷数学模型⑺更有通用性。
他们在经典压电理论的基础上，提出了一种新的压电发电器建模方法，该方法借助等效电路建立输出电流的微分方程，求解该微分方程，再根据各性能参数之间的关系推导各性能参数数学表达式。
在运用该方法推导发电器性能参数表达式中，充分考虑了内部电场对压电发电器的性能的影响，能够准确反映压电发电器的基本特性。
应用该方法推导了压电梁结构和压电叠堆结构输出电能参数表达式，并通过实验数据验证了表达式可以较准确地预测压电发电器的输出参数。
通过对表达式分析和讨论，得出压电发电器的负载特性和材料参数、结构尺寸、外部作用参数与压电发电器性能参数之间的关系，可指导压电发电器的优化设计。
具体推导过程不一一赘述，在此仅给出输出参数的数学表达式：输出电流：(f)= 泌33孑叽 --------- + q?)y/t] + 2n2A2a)2£^R2输出电压:输出功率：關F我R2(f； + 2n2A2oj2^3R2)最大功率:PUAX=1^为了证明此数学模型的可信度，将其数学公式计算的结果与 Rou ndy 等人制 作的电极串联的双压电片悬臂梁振动发电装置 V 亥装置梁长为6.5mm 宽度 3.2mm 压电晶体厚度0.14mm 垫片厚度0.1mm ,装置的压电晶体为PZT 一5H,极 间电容为9.2nF 。
发电器在频率为12OHz 自由端振幅为0.173mn 状态下工作）的 实验测量数据进行了比对。
下面所有图中的曲线为模型计算结果，点位位实验 测得数据。
从两个图中可以看出表达式的计算结果与实验数据基本吻合，证明模型推 导的输出表达式可以较准确预测压电发电装置的性能，可以用作压电发电装置 的优化设计。
而且随着负载电阻的增大，压电发电振子的输出电压开始不断增 大，当负载电阻较小时，压电晶体的输出电压增大较快。
随着负载电阻的不断 增大，输出电压的增大速度不断减小，最后几乎不再增大；压电发电振子的输 出功率也相图3压电振动发电装置输出功率随负载的变化关系Q R/ 一主 电■J 0应先增大后减小，有峰值出现，这与模型推导的有最大输出功率也是一致的。
虽然这个模型在数值推导上相较其他的理论模型有优势，但是其公式所含 因变量过多，这就意味着可变因素太多，以至于在具体应用时要针对每一个具 体的产品单独设计一套适合的操作参数以达到理想的效果。
3、微型压电陶瓷振动发电 储能分析及收集电路的匹配压电陶瓷发电装置产生的电能相对较小，还不能直接为大部分电路提供驱动 能量,因此,必须进行电量的积累，才能使压电换能器产生的电量能够为电子设备 提供能量。
为了保证压电换能器产生的电能高效地传输给外设 ，还需对输出端电 路进行负载匹配。
如图5所示，通过合理的电路匹配设计，电量最终存储在电容C3 中⑹。
D3为稳压二极管,其作用是稳定C1和C2的并联电压,防止过高电压损坏DC /DC 转换器。
图5压电振动发电装置的等效电路图收集压电陶瓷产生的电量的方法主要有 2种：一是通过电容收集并储存产生 的能量；二是利用可重复充电的电池收集储存电量［9 ］。
一般电容不能长时间储 存电量，因此，用电容方法来给电路供电时，需要压电体不断地产生电量。
利用此电路为电子产品供电，将有一个脉冲式的能量输出，因此，该方法 适合应用到需要短暂突发式能量供应的设备。