压电材料
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点燃可燃气体
（2）点火器结构和工作原理 点火器种类繁多，现以家用压电点火 器为例说明它的结构和工作原理。
如图所示的点火器，可固定在家 用灶具上点燃煤气，转动凸轮开关1
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。
三 压电材料的应用
三 压电材料的应用
压电振动 压
三 压电材料的应用
• （1）点火器工作过程 • 点火器工作过程分高压产生、放电点火
和点燃可燃气体三个阶段。 高压产生——以圆柱形压电陶瓷元
件为例，如图5-2所示。当机械力F作用 于圆柱体时，晶体发生畸变，导致晶体 中正负电荷中心偏移，从而在圆柱体上 下表面出现自由电荷大量积聚，产生高 压输出。
放电点火——把压电陶瓷元件放在 一个闭合回路中，并留一个适当间隙， 当电压升高到该间隙的放电电压时，间 隙中就产生放电火花。
压电材料
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) 人工陶瓷：pbTiO3 PZT（锆钛酸铅） • (3) 高分子材料：PVDF（聚偏氟乙烯）
二 压电效应
• 所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生 形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反 之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆 压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在 与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转 换、传感、驱动、频率控制等功能。
压电效应的物理机制：
• （1）石英晶体：如图示，晶体内部正负离子的偶极矩在外 力的作用下由于晶体的形变而被破坏，导致使晶体的电中性
被破坏，从而使其在一些特定的方向上的晶体表面出现剩余 电电荷而产生的。
x
x Fx
x
Fy
Fy
y
P1
y
P1
y
P1
P2 P3
P2 P3
P2 P3
不受力
Fx
图 2 石英晶体压电模型
n ⑵压电陶瓷： 压电陶瓷的压电效应机理与石英晶体大不相同，未经极
化处理的压电陶瓷材料是不会产生压电效应的。压电陶瓷经极化处理后， 剩余极化强度会使与极化方向垂直的两端出现束缚电荷（一端为正，另一 端为负），由于这些束缚电荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外界 的自由电荷，并使整个压电陶瓷片呈电中性。当对其施加一个与极化方向 平行或垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚电荷层的间距 变小，一端的束缚电荷对另一端异号的束缚电荷影像增强，而使表面的自 由电荷过剩出现放电现象。当所受到的外力是拉力时，将会出现充电现象。
• 图石英晶体的外形 (a)天然石英晶体；
• (b)人工石英晶体； • (c)右旋石英晶体理想外形
三 压电材料的应用
• 由于压电效应具有两方面的特征所以其应用也分 为两方面
应用
分类
正压电效应
将机械力转换为电 能，如点火装置， 拾音器等，是机电 换能器
逆压电效应
主要用于压电 蜂鸣器，如音 乐贺卡、门铃 和扬声器等
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
二 压电效应
n ⑶ 两种压电材料的特点 n 石英晶体：居里点温度高（高达573℃），稳定性好，
无热释电现象。但压电常数小，成本高。 n 压电陶瓷：压电常数大，成本低。但居里点温度低，稳
定性不如石英晶体，有热释电现象，会给传感器带来热干扰。 利用热释电现象特性可以制作热电传感器，如红外探测。
加速计
电
压电
陶
陶瓷
压电 瓷
风扇
压点电陶火瓷器 继
压电式
电
触屏
器
补充Leabharlann Baidu声纳
• 在海战中，最难对付的是潜艇，它能长期在海下潜航，神不知鬼不觉 地偷袭港口、舰艇，使敌方大伤脑筋。如何寻找敌潜艇？靠眼睛不行， 用雷达也不行，因为电磁波在海水里会急剧衰减，不能能效地传递信 号，探测潜艇靠的是声纳------水下耳朵。压电陶瓷就是制造声纳的材 料，它发出超声波，遇到潜艇便反射回来，被接收后经过处理，就可 测出敌潜艇的方位、距离等。
（2）点火器结构和工作原理 点火器种类繁多，现以家用压电点火 器为例说明它的结构和工作原理。
如图所示的点火器，可固定在家 用灶具上点燃煤气，转动凸轮开关1
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。
三 压电材料的应用
三 压电材料的应用
压电振动 压
三 压电材料的应用
• （1）点火器工作过程 • 点火器工作过程分高压产生、放电点火
和点燃可燃气体三个阶段。 高压产生——以圆柱形压电陶瓷元
件为例，如图5-2所示。当机械力F作用 于圆柱体时，晶体发生畸变，导致晶体 中正负电荷中心偏移，从而在圆柱体上 下表面出现自由电荷大量积聚，产生高 压输出。
放电点火——把压电陶瓷元件放在 一个闭合回路中，并留一个适当间隙， 当电压升高到该间隙的放电电压时，间 隙中就产生放电火花。
压电材料
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) 人工陶瓷：pbTiO3 PZT（锆钛酸铅） • (3) 高分子材料：PVDF（聚偏氟乙烯）
二 压电效应
• 所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生 形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反 之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆 压电效应。这种奇妙的效应已经被科学家应用在 与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转 换、传感、驱动、频率控制等功能。
压电效应的物理机制：
• （1）石英晶体：如图示，晶体内部正负离子的偶极矩在外 力的作用下由于晶体的形变而被破坏，导致使晶体的电中性
被破坏，从而使其在一些特定的方向上的晶体表面出现剩余 电电荷而产生的。
x
x Fx
x
Fy
Fy
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P1
y
P1
y
P1
P2 P3
P2 P3
P2 P3
不受力
Fx
图 2 石英晶体压电模型
n ⑵压电陶瓷： 压电陶瓷的压电效应机理与石英晶体大不相同，未经极
化处理的压电陶瓷材料是不会产生压电效应的。压电陶瓷经极化处理后， 剩余极化强度会使与极化方向垂直的两端出现束缚电荷（一端为正，另一 端为负），由于这些束缚电荷的作用在陶瓷的两个表面吸附一层来自外界 的自由电荷，并使整个压电陶瓷片呈电中性。当对其施加一个与极化方向 平行或垂直的外压力，压电陶瓷片将会产生形变，片内束缚电荷层的间距 变小，一端的束缚电荷对另一端异号的束缚电荷影像增强，而使表面的自 由电荷过剩出现放电现象。当所受到的外力是拉力时，将会出现充电现象。
• 图石英晶体的外形 (a)天然石英晶体；
• (b)人工石英晶体； • (c)右旋石英晶体理想外形
三 压电材料的应用
• 由于压电效应具有两方面的特征所以其应用也分 为两方面
应用
分类
正压电效应
将机械力转换为电 能，如点火装置， 拾音器等，是机电 换能器
逆压电效应
主要用于压电 蜂鸣器，如音 乐贺卡、门铃 和扬声器等
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
二 压电效应
n ⑶ 两种压电材料的特点 n 石英晶体：居里点温度高（高达573℃），稳定性好，
无热释电现象。但压电常数小，成本高。 n 压电陶瓷：压电常数大，成本低。但居里点温度低，稳
定性不如石英晶体，有热释电现象，会给传感器带来热干扰。 利用热释电现象特性可以制作热电传感器，如红外探测。
加速计
电
压电
陶
陶瓷
压电 瓷
风扇
压点电陶火瓷器 继
压电式
电
触屏
器
补充Leabharlann Baidu声纳
• 在海战中，最难对付的是潜艇，它能长期在海下潜航，神不知鬼不觉 地偷袭港口、舰艇，使敌方大伤脑筋。如何寻找敌潜艇？靠眼睛不行， 用雷达也不行，因为电磁波在海水里会急剧衰减，不能能效地传递信 号，探测潜艇靠的是声纳------水下耳朵。压电陶瓷就是制造声纳的材 料，它发出超声波，遇到潜艇便反射回来，被接收后经过处理，就可 测出敌潜艇的方位、距离等。