压电
压电
1 + [ω R (C a + C e + C i ) ]
tg tg 1
dFm ω R
2
输入电压与作用力的相位差
=
=
π
2
ω (C a + C e + C i )
π
2
1
ωτ
Uim Fm
0 90
1
2
ωτ
3
4
φ
0
讨论：
ω=0（静态量）时，Uim=0（输入电压为零） – 原因：由于等效电阻不可能无穷大，存在电 荷泄漏，所以不能测量静态量 ωτ>>3（高频情况），放大比常数 – 输入电压与作用力频率无关 – τ一定，ω越高，高频响应越好 对低频测量情况：τ一定，ω↓偏差越大 – 所以要求τ要大，扩大 低频响应范围 输出电压灵敏度受电缆分布电容影响
（a）压电片并联
（b）并联等效电路
（c）等效电荷源
此时， C = C + C = 2 C a 1 2 q a = q1 + q 2 = 2 q U = U = U = U 1 2 a 可见，并联输出型压电元件的输出电荷等于各片电荷之和，因 并联输出型压电元件的输出电荷等于各片电荷之和， 并联输出型压电元件的输出电荷等于各片电荷之和 而可等效为电荷输出型的电荷源
逆压电效应的应用： 逆压电效应的应用
超声波加湿气、 超声波加湿气、超声波清洗机 压电蜂鸣器 石英晶体振荡器
压电传感器的特点 是一种典型的有源传感器 是一种典型的”双向传感器” 灵敏度高 频响宽(0.1Hz~几十KHz) 体积小、重量轻
二、石英晶体的压电效应
石英晶体：二氧化硅（SiO2），理想外形为正六面棱体 石英晶体三个晶轴：光轴（Z） 电轴（X） 机械轴（Y） 作为压电元件时应作切片处理
常用的压电材料有哪些
常用的压电材料有哪些
压电材料是一类特殊的功能材料，它们能够在外加电场或机械应力的作用下产
生电荷，或者在外加电场的作用下发生形变。
常用的压电材料主要包括晶体压电材料、陶瓷压电材料和聚合物压电材料。
首先，晶体压电材料是一类具有压电效应的晶体材料，其中最常见的是石英和
氧化锆。
石英是一种广泛应用的压电材料，它具有良好的压电性能和稳定性，可用于制造压电陶瓷、压电传感器和压电换能器。
氧化锆具有高的压电系数和良好的热稳定性，常用于制造高频压电谐振器和压电换能器。
其次，陶瓷压电材料是一类以陶瓷为基体的压电材料，常见的有钛酸锆、钛酸
钡和铅锆钛酸盐等。
钛酸锆具有优良的压电性能和热稳定性，可用于制造压电陶瓷元件和压电换能器。
钛酸钡是一种典型的铅骨架钙钛矿型压电陶瓷，具有高的压电系数和优良的机械性能，常用于制造压电陶瓷谐振器和滤波器。
铅锆钛酸盐是一种重要的多相压电陶瓷材料，具有优良的压电性能和机械性能，可用于制造压电换能器和压电陶瓷元件。
最后，聚合物压电材料是一类以聚合物为基体的压电材料，常见的有聚偏氟乙
烯（PVDF）和其共聚物。
PVDF是一种具有良好压电性能和柔韧性的聚合物材料，可用于制造压电传感器、压电换能器和压电陶瓷元件。
其共聚物是一种具有高压电性能和优良机械性能的聚合物材料，常用于制造柔性压电传感器和压电换能器。
综上所述，常用的压电材料主要包括晶体压电材料、陶瓷压电材料和聚合物压
电材料。
这些材料在电子、通信、医疗等领域具有重要的应用价值，对于推动科技进步和社会发展具有重要意义。
希望本文所介绍的压电材料能够对相关领域的研究和应用提供一定的参考和帮助。
压电材料有哪些
压电材料有哪些
压电材料是指在外力作用下，可以产生电荷分布不对称，从而产生电荷转移和电势差的材料。
常见的压电材料主要包括以下几类：
1.晶体压电材料：晶体压电材料是指在晶体结构中存在非中心
对称性，使得在外力作用下，晶体可以产生电荷分布不对称的现象。
常见的晶体压电材料有石英、铅酸锂、硼酸铋等。
2.陶瓷压电材料：陶瓷压电材料是指由陶瓷基质和压电晶体颗
粒组成的复合材料。
常见的陶瓷压电材料有氧化锆、氧化铁、氧化铅等。
3.聚合物压电材料：聚合物压电材料是指由聚合物分子构成的
材料，在外力作用下可以发生分子畸变产生电荷效应。
常见的聚合物压电材料有聚偏氟乙烯（PVDF）、聚偏氯乙烯（PVC）等。
4.液体压电材料：液体压电材料是指在液体介质中存在压电效应。
常见的液体压电材料有液晶材料、某些有机化合物等。
需要注意的是，不同类型的压电材料具有不同的压电性能和应用领域。
例如，晶体压电材料具有高压电系数和较高的工作温度，适用于传感器、声波发生器等领域；聚合物压电材料具有较低的压电系数和低成本，适用于柔性传感器、能量采集等领域。
因此，在选择压电材料时，需要根据实际应用需求来进行选择。
压电陶瓷的压电原理
压电陶瓷的压电原理
压电陶瓷是一种能够产生压电效应的陶瓷材料。
压电效应是指当施加力或压力时，材料会产生电荷分离或电位差的现象。
这种效应是由于压电陶瓷的晶格结构特殊导致的。
压电陶瓷由于晶格结构的非对称性，使得在无外界力作用下，其正负电荷中心不重合，产生一个内部电场。
当外力施加在压电陶瓷上时，晶格结构会发生畸变，正负电荷中心会发生位移，导致内部电场发生改变，进而产生极化电荷。
当施加的外力移除时，晶格结构恢复原状，原本非对称的正负电荷中心也会重新恢复位置。
这种位移导致的电荷分离和内部电场的变化会引起压电陶瓷产生电势差或电荷分离，从而产生压电效应。
压电陶瓷由于其独特的压电原理，被广泛应用于传感器、声波发生器、电子过滤器等领域。
例如，在传感器中，当外界施加压力时，压电陶瓷会产生电荷分离，从而转化为电信号，进而实现压力的测量和监测。
在声波发生器中，通过施加电压，压电陶瓷会发生形变，并产生声波振动。
总之，压电陶瓷通过其晶格结构的非对称性，实现了外界力作用下的电荷分离和电场变化，从而产生压电效应，为电子、声波等技术产品提供了重要的功能。
压电换能器的工作原理及应用
压电换能器的工作原理及应用工作原理压电换能器是一种能将电能转化为机械振动能量的装置。
它基于压电效应，通过施加机械应力或电场来改变压电材料的形状，从而产生机械振动。
其工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1.施加机械应力或电场：压电换能器通常由压电材料制成，如压电陶瓷或聚合物。
在工作时，会施加一个机械应力或电场到压电材料上。
2.压电效应产生：当机械应力或电场施加到压电材料上时，会导致其中的正负电荷重新分布，从而改变压电材料的形状。
3.机械振动产生：由于压电材料的形状改变，会引起其中的机械应力的释放，从而产生机械振动。
4.电能转化：随后，压电换能器将机械振动能量转化为电能，可以用于供电或传输给其他电子设备。
应用领域压电换能器在各个领域都有广泛的应用，下面列举了一些常见的应用领域：•声波发生器：压电换能器可将电能转化为机械振动，可用于产生声波。
因此，在无线通信、超声波检测、声纳等领域中，压电换能器常被用作声音的产生器。
•振动传感器：由于压电换能器能将机械振动转化为电能，它在振动传感器中被广泛应用。
例如，在汽车安全气囊、医疗设备中，可用于检测和测量振动。
•能量采集：压电换能器可将机械振动能量转化为电能，从而用于能量采集。
这种能量采集技术被广泛应用于无线传感器网络、自动化系统等领域，以减少或消除电池更换的需要。
•压力传感器：由于压电材料对机械应力的敏感性，压电换能器可用于制作压力传感器。
在工业控制、汽车制造和航空航天等领域中，压电换能器被广泛用于测量和监测压力。
•科学研究：压电换能器在科学研究中也发挥着重要作用。
例如，在实验室中，可将压电换能器用于悬浮和操纵微小物体，或者用于控制和调节实验装置的振动。
总结压电换能器是一种将电能转化为机械振动能量的装置，基于压电效应工作。
它在声波发生器、振动传感器、能量采集、压力传感器和科学研究等领域中有广泛的应用。
通过了解压电换能器的工作原理和应用领域，我们可以更好地理解和应用这一技术。
压电驱动技术及压电驱动器的应用研究
压电驱动技术及压电驱动器的应用研究压电驱动技术是一门研究压电材料在电偶极转换过程中的物理过程和应用技术的领域。
压电材料是一种特殊的功能材料，具有压电效应，即在受到外力压缩时会产生电荷，或者在施加电场时会发生形变。
通过利用压电效应，可以将电能转化为机械能，或者将机械能转化为电能，从而实现动力传递和控制。
压电驱动器是利用压电效应驱动的装置，通过施加电场或外力，使压电材料发生形变，实现机械部件的运动。
压电驱动器可以分为电压驱动器和力驱动器。
电压驱动器通过施加电场，利用压电材料产生形变；力驱动器通过施加外力，使压电材料发生形变。
压电驱动器的种类很多，根据应用需求可以选择不同类型的压电材料和驱动方式。
压电驱动技术有着广泛的应用。
在机械工程领域，压电驱动技术可以用于各种类型的执行器和传感器。
例如，压电驱动器可以用于调节阀门、喷嘴和泵等控制系统，实现对流量、压力和速度等参数的调节。
在机器人领域，压电驱动技术可以用于各种类型的关节和动力装置，实现机器人的运动和抓取等功能。
此外，压电驱动技术还可以应用于医疗设备、无人机、汽车和航天器等领域。
1.压电驱动器的设计与制造：研究如何选择适合的压电材料、设计合理的结构和控制电路，以及制造高性能的压电驱动器。
例如，可以研究不同类型的压电材料的性能特点和相互比较，以选择最合适的材料；通过改进结构设计和制造工艺，提高压电驱动器的输出效果和性能。
2.压电驱动器的控制与优化：研究如何实现对压电驱动器的精确控制和优化设计，提高其控制精度和响应速度。
例如，可以研究控制算法和方法，以实现对压电驱动器的高精度定位和力反馈控制；通过优化控制参数，提高压电驱动器的控制效率和性能。
3.压电驱动器的应用与系统集成：研究如何将压电驱动器应用于具体的系统和设备中，实现功能的扩展和集成。
例如，可以将压电驱动器与其他动力装置、传感器和控制系统相结合，构建复杂的多自由度机械系统；通过改进系统设计和集成方式，实现对压电驱动器的多参数控制和协同控制。
压电效应
压电效应对某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移，产生极化，从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。
在一定应力范围内，机械力与电荷呈线性可逆关系。
这种现象称为压电效应或正压电效应一.基本分类正压电效应与负压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
压电式传感器大多是利用正压电效应制成的，用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。
压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。
二．发展历程压电效应由居里兄弟皮尔（P·Curie）与杰克斯（J·Curie）发现于1880年。
起先，皮尔致力于焦电现象与晶体对称性关系的研究，后来兄弟俩却发现，在某一类晶体中施以压力会有电性产生。
他们又系统的研究了施压方向与电场强度间的关系，及预测某类晶体具有压电效应。
压电现象理论最早是李普曼（Lippmann ）在研究热力学原理时就已发现，后来在同一年，居里兄弟做实验证明了这个理论，且建立了压电性与晶体结构的关系。
1894年，福克特（W.Voigt ）更严谨地定出晶体结构与压电性的关系，他发现32种晶类（class）可能具有压电效应（32类中不具有对称中心的有21种，其中一种压电常数为零，其余20种都具有压电效应）。
1927年，伍德（R.W.Wood ）与鲁密斯（A.L.Loomis ）首先使用高功率超声波。
使用蓝杰文型的石英换能器配合高功率真空管，在液体中产生高能量，使液体引起所谓的空腔（cavitation ）现象。
同时也研究高功率超声波对生物试样的效应。
1919年，卡迪（Cady ）教授第一次利用石英当做频率控制器。
振荡器的频率受到晶体共振频率的控制，且频率不随温度变化而变。
压电系数 表格
镓酸锂(LiGaO2)
2.5 × 10-9
锆酸铅(PbZrO3)
2.0 × 10-9
锆酸铅钡(Pb(Zr,Ti)O3)
2.0 × 10-9
钛酸铅(PbTiO3)
2.0 × 10-9
镁铝尖晶石(MgAl2O4)
5.0 × 10-10
铁酸铅(PbFeO3)
5.0 × 10-10
请注意，这些数据仅供参考，实际压电系数可能因材料纯度、制备方法和测试条件而有所不同。如果您需要更准确的数据，请参考相关的专业文献或与材料科学家或工程师联系。
压电系数表格
压电系数是一个非常重要的材料参数，用于描述材料在受到机械压力或张力时产生的电场或电荷。以下是一些常见材料的压电系数表格：
材料
压电系数(pC/N)
石英(SiO2)
3.3 × 10-10
钛酸钡(BaTiO3)
1.5 × 10-9
锆钛酸铅(Pb(Zrห้องสมุดไป่ตู้Ti)O3)
1.5 × 10-9
铌镁酸铅(Pb(Mg,Nb)O3)
压电变压器工作原理
压电变压器工作原理压电变压器是一种利用压电效应来实现电能转换的装置。
它工作原理简单而又有效，被广泛应用于各种电子设备中。
压电效应是一种将压力转化为电能的现象。
当某些晶体材料（如石英、钽酸锂等）受到外界压力作用时，其内部的正负电荷分布会发生改变，从而在晶体的两个相对表面上形成电荷差。
这个电荷差会产生一个电场，并导致晶体的两端产生电压。
这个现象称为压电效应。
压电变压器利用了压电效应的这一特性。
它由压电陶瓷片和金属片交替堆叠而成。
当外界施加压力时，压电陶瓷片会发生形变，从而产生电荷差。
金属片则起到导电的作用，将电荷传递到负载上。
压电变压器的工作原理可以分为两个步骤。
首先，当外界施加压力时，压电陶瓷片会变形，使晶体内部的电荷分布发生改变。
这个变形可以是线性的，也可以是非线性的，取决于材料的特性和施加的压力。
接下来，金属片将电荷从压电陶瓷片传递到负载上。
金属片的导电性能使得电荷能够顺利地流动。
同时，压电陶瓷片和金属片之间的电荷差会产生一个电压，这个电压可以根据外界施加的压力大小来调节。
压电变压器的输出电压可以通过改变施加的压力来调节。
当施加的压力增大时，输出电压也会相应增大。
这使得压电变压器可以根据需要在一定范围内调整输出电压。
压电变压器具有很多优点。
首先，它具有快速响应的特性，可以在短时间内产生电压。
其次，压电材料具有稳定的性能，不易受到温度和湿度等环境因素的影响。
此外，压电变压器还可以实现高精度的电能转换，使其在精密仪器和电子设备中得到广泛应用。
然而，压电变压器也存在一些局限性。
首先，压电陶瓷片的形变是有限的，不能无限制地增加输出电压。
其次，压电变压器的输出电压受到外界压力的影响，容易受到振动和冲击的干扰。
此外，压电材料的制备成本较高，限制了压电变压器在大规模应用中的推广。
压电变压器是一种利用压电效应来实现电能转换的装置。
它通过施加压力使压电材料产生电荷差，并将电荷传递到负载上，从而实现电能的转换。
压电变压器具有快速响应、稳定性好和高精度等优点，但也存在形变有限、受到外界干扰和制备成本较高等局限性。
压电效应的应用及原理
压电效应的应用及原理一、压电效应的原理： 压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。
如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。
而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。
也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。
压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。
例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。
二、压电效应的应用：压电材料的应用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。
1、换能器换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应，而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片在外电场驱动下的弯曲振动，利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。
目前对压电聚合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点，研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声功能的器件，如抗噪声电话、宽带超声信号发射系统等。
压电聚合物水声换能器研究初期均瞄准军事应用，如用于水下探测的大面积传感器阵列和监视系统等，随后应用领域逐渐拓展到地球物理探测、声波测试设备等方面。
为满足特定要求而开发的各种原型水声器件，采用了不同类型和形状的压电聚合物材料，如薄片、薄板、叠片、圆筒和同轴线等，以充分发挥压电聚合物高弹性、低密度、易于制备为大和小不同截面的元件、而且声阻抗与水数量级相同等特点，最后一个特点使得由压电聚合物制备的水听器可以放置在被测声场中，感知声场内的声压，且不致由于其自身存在使被测声场受到扰动。
解释压电引信的引爆原理
解释压电引信的引爆原理
压电引信是一种利用压电效应引爆的引信。
压电效应是指在压电材料被施加力或压力时，会产生电荷分离的现象。
通常采用的压电材料有压电晶体，如石英、PZT（铅锆钛酸钇）等。
压电引信的引爆原理是基于以下几个步骤：
1. 施加压力：将压电晶体置于引信结构内，并施加压力。
可以通过外界力的作用、重物掉落等方式施加压力。
2. 电荷分离：施加的压力使得压电晶体变形，导致其内部阳离子和阴离子发生电荷分离。
正电荷集中在一侧，负电荷集中在另一侧。
3. 电荷积累：施加的压力越大，电荷分离的程度越大，积累的电荷量也相应增加。
这个过程称为电荷积累。
4. 引爆电路闭合：当积累的电荷达到一定程度时，可以使得引爆电路闭合。
闭合引爆电路后，电荷开始流动。
5. 引信引爆：电荷流动至引信内部的发火药进行引爆。
发火药受到电荷的能量激发，产生爆炸反应，引爆炸药装置。
总结起来，压电引信的引爆原理是通过施加压力使压电晶体产生电荷分离，积累电荷后进行引爆电路闭合，从而引爆发火药，最终触发炸药的爆炸反应。
压电和摩擦电的相同点
压电和摩擦电的相同点
压电和摩擦电都是一种产生电荷的方式，都可以使物体带电。
此外，压电和摩擦电都属于静电现象，它们都涉及到电荷的转移和积聚。
具体相同点如下：
1. 电荷的产生：压电和摩擦电都能够通过物体之间的接触或变形来产生电荷。
在摩擦电中，当两种物质相互摩擦时，电子可能会从一个物体转移到另一个物体，导致物体带有电荷。
而在压电效应中，当一种压电材料受到应力变形时，其中的电荷会发生重新分布，从而使物体带有电荷。
2. 电荷的性质：无论是压电电荷还是摩擦电荷，它们都是通过电子的转移而产生的。
在压电效应中，电子重新分布导致物体带上了正负电荷。
同样，在摩擦电中，电子也会从一个物体转移到另一个物体，使物体具有相对的正负电荷。
3. 电荷的间接传递：压电和摩擦电都可以通过间接途径将电荷传递给其他物体。
在摩擦电中，带有电荷的物体可以通过接触其他物体将电荷传递给它们，从而使其他物体也带电。
同样，在压电效应中，带有电荷的压电材料也可以通过接触其他物体将电荷传递给它们。
需要注意的是，压电和摩擦电也存在一些不同之处，例如产生电荷的机制和影响电荷大小的因素等。
压电马达工作原理
压电马达工作原理
压电马达是一种利用压电效应产生运动的电动机。
压电效应是指当某些晶体（如石英、铁电晶体等）受到力的作用时，会引起其内部电荷分布发生变化，从而产生电势差。
压电材料具有这种特性，当外加压力施加于其上时，材料会发生形变及电荷分布变化。
压电材料通常由陶瓷材料制成，如铅锆钛酸钠（PZT）。
压电马达的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：
1. 一个或多个压电材料片在安装时被夹在两个金属片间。
当外加电压施加在金属片上时，这些金属片上的电荷将导致压电材料片发生形变。
2. 当外加电压正向施加时，压电材料片扩张，而当外加电压反向施加时，压电材料片收缩。
这个形变会导致整个结构的一个边缘或表面移动，从而产生驱动力。
3. 压电材料片的运动通过连接杆或齿轮传递给机械负载，如旋转装置或线性运动装置。
这样就能实现具体的机械输出。
压电马达具有快速响应、高精度和高效率等特点，被广泛应用于精密控制系统、光学设备、声波设备、致动器以及医疗器械等领域。
陶瓷电容压电效应
陶瓷电容压电效应
陶瓷电容的压电效应是指当施加外加电场或压力时，陶瓷电容会发生维尔贝斯效应，产生机械应变或形变导致电容值发生变化。
这种现象被称为压电效应。
陶瓷电容的压电效应是由它的晶体结构和电荷分布特性决定的。
在陶瓷电容的结构中，正负电荷分布不均匀，当施加外加电场时，电荷会发生重新分布，导致整个电容器的尺寸发生微小的变化。
这种变化可以用来调整电容器的电容值。
陶瓷电容的压电效应是许多电子器件中重要的一部分，例如压电传感器和压电马达。
压电传感器利用陶瓷电容的压电效应来检测压力、力量和应变等物理量。
压电马达则利用陶瓷电容的压电效应来产生机械振动或驱动力。
陶瓷电容的压电效应还可以用于电容器的压电可调谐器件。
通过施加外加电场或压力，可以调整陶瓷电容的电容值，从而实现对电容器的调节和控制。
总之，陶瓷电容的压电效应是一种重要的物理现象，可以应用于压力传感、马达驱动和电容器的可调节等领域。
压电效应及其原理
压电效应与其原理压电效应：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为压电传感器。
压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。
正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。
逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。
用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。
压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。
压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。
例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。
两种压电效应的关系可以证明，正压电效应和逆压电效应中的系数是相等的，且具有正压电效的材料必然具有逆压电效应。
依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。
这里再介绍一下电致伸缩效应。
电致伸缩效应，即电介质在电场的作用下，由于感应极化作用而产生应变，应变大小与电场平方成正比，与电场方向无关。
压电效应仅存在于无对称中心的晶体中。
而电致伸缩效应对所有的电介质均存在，不论是非晶体物质，还是晶体物质，不论是中心对称性的晶体，还是极性晶体。
原理压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。
压电效应应用
压电效应应用
压电效应是指在某些晶体中，当施加外压力或电场时，其表面会产生电荷分布的规律性变化。
这种效应已经被广泛应用于很多领域，包括：
1. 振动传感器：压电材料能够将外部的振动转化为电信号，因此被广泛用作振动传感器，应用于汽车、机械、电子等领域。
2. 声波传感器：压电材料能够将声波转化为电信号，因此被广泛用作麦克风、超声波传感器等。
3. 压电陶瓷器件：压电陶瓷器件具有压电效应，可用于制作压电马达、压电传感器、压电制动器、压电换能器等。
4. 压电电源：压电材料能够将机械能转化为电能，因此被广泛研究用作绿色能源的发电设备。
5. 医疗器械：压电效应被广泛应用于医疗器械中，如超声医疗设备、压力传感器等。
压电元件的基本原理
压电元件的基本原理压电元件是一种能够产生电荷变化或机械变形的材料。
其基本原理是当施加力或压力时，压电材料会发生形变，产生电荷变化或电势差。
这种现象被称为压电效应，是压电元件工作的基础。
压电材料一般具有非中心对称结构，如石英、铁电材料等。
在这些材料中，晶格的正负离子会因压力的作用而发生微小位移，从而引起电荷的不平衡。
这种电荷的不平衡会导致电场的形成，产生电势差。
当施加外加电场时，电势差会导致晶格的变形，从而产生机械振动。
压电效应的产生与材料的结构和晶格特性密切相关。
压电元件主要由压电材料和电极组成。
压电材料通常是一种薄片状的陶瓷材料，如PZT（铅锆钛酸铅）和PZN-PT（铅锆钛酸铅镁）等。
这些材料具有良好的压电性能和稳定性，可广泛应用于压电传感器、压电马达和压电陶瓷等领域。
在压电元件中，电极的作用是引导电荷的流动。
一般情况下，压电材料的两侧会贴上电极，形成正负极。
当施加外加电压时，电荷会在电极之间产生移动，从而产生电流。
反之，当施加外加压力时，压电材料会发生形变，导致电荷的不平衡，产生电势差。
这种电势差可以被电极接收和测量。
压电元件在实际应用中具有广泛的用途。
例如，压电传感器可以将压力或力转换为电信号，用于测量和控制。
压电陶瓷可用于制造超声换能器，广泛应用于医学成像、清洗和检测等领域。
此外，压电元件还可以作为振动源，用于制造压电马达和压电陶瓷喷墨头等。
压电元件的基本原理是利用压电效应，将施加的力或压力转化为电荷变化或机械变形。
通过合理设计和选择压电材料，以及合适的电极配置，可以实现不同类型和性能的压电元件。
这些元件在各个领域具有重要的应用价值，为现代科技的发展做出了重要贡献。
压电效应名词解释
压电效应名词解释
压电效应是指某些晶体（如石英、电气陶瓷等）在受到机械应力或压力时，会在表面产生等量的电荷，这种现象被称为压电效应。
同时，如果施加电压于压电晶体上，它们也会发生形变，这种现象被称为反压电效应。
压电效应是由于晶体的对称性破缺导致的，当外界施加应力时，晶格结构产生畸变，导致正负离子中心的位置发生变化，从而形成电极化，产生电场。
反之，当施加电场时，晶体中的电荷分布会发生改变，导致晶体的形状也会改变。
压电效应具有广泛的应用，如在电子设备中用于制造压电传感器、压电陶瓷、压电声波滤波器等。
此外，压电效应还可以用于声学成像技术、医学诊断等领域。
电容压电效应
电容压电效应
电容压电效应是指当施加外力或应力时，导体内部的电荷分布会发生改变，从而导致电容值的变化。
这种效应是一种机电耦合现象，即机械变形引起电学性质的变化。
在一个简单的平行板电容器中，当施加外力使其发生微小形变时，板间距会发生微小改变，从而导致电容器的电容值发生变化。
这种效应在微机械系统（MEMS）中得到广泛应用，例如压力传感器、加速度计等。
除了平行板电容器之外，其他类型的电容器也可以利用压电效应进行设计和制造。
例如，在陶瓷材料中引入适量掺杂物可以使其具有良好的压电性能，在制造声波滤波器、振荡器等方面得到广泛应用。
此外，压电效应还可以用于制造高精度定位装置。
将一个压电陶瓷片固定在机械结构上，并通过施加外力来控制其运动状态。
这种装置具有高精度、快速响应等优点，在机床、半导体设备等领域得到广泛应用。
总之，压电效应是一种重要的机电耦合现象，在多个领域中得到广泛
应用。
通过对其物理机制的深入研究和技术的不断创新，相信压电效应将会在更多领域中发挥其独特的作用。
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压电复合材料压电复合材料是由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。
与压电陶瓷相比较具有更低的密度和声阻抗，从而使其与生物体、非金属材料、水与气体介质有着更好的匹配特性；其Qm值比普通压电陶瓷低2-3个数量级，使其很适合制作宽带窄脉冲换能器；压电复合材料具有较高的接收电压灵敏度；其平面机电耦合系数要小于普通压电陶瓷的平面机电耦合系数，使能量更能集中于厚度模。
因此压电复合材料在料位、液位传感器；医疗探头；无机非金属材料无损检测超声领域；声纳、水听器、深度仪、鱼探仪等水声领域；声学成象、机器人领域都有巨大的应用前景。
目前世界压电复合材料的市场前景相当可观，其在军事领域的作用也是巨大的，用其制作的被动声纳换能器，作用距离可以提高1-3倍，因此，压电复合材料的研究，无论是在民用方面还是军事领域都具有非常重要的意义。
一：1压电效应某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。
这种现象称压电效应（Piezoelectric Effect）。
正压电效应：机械能转化为电能逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，即电致伸缩效应。
——具有压电效应的压电材料可以实现机械能和电能的相互转化。
正压电效应的电位移与施加的应力有：D=dT逆压电效应的应变与施加的电场强度有：S=dE——d为压电常数2压电材料①压电晶体，主要包括压电石英晶体和其它压电单晶。
②压电陶瓷一元系：钛酸铅(PT)二元系：锆钛酸铅系列PbTiO3-PbZrO3(PZT)和铌酸盐系列KNbO3-PbNb2O3三元系：PMN 由铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3钛酸铅PbTiO3-锆钛酸铅PbZrO3三成分配比而成四元系：综合性能更加优越③高分子聚合物，聚氟乙烯（PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)④压电复合材料3压电材料的性能（1）机电偶合系数（2）机械品质因数（3）频率常数（4）压电常数（5）弹性模量、相对介电常数、居里温度等。
二：1压电复合材料压电复合材料将压电陶瓷和聚合物相按一定连通方式，一定的体积质量比，及一定的空间分布制作而成，它可以成倍地提高材料的压电性能。
——陶瓷－聚合物压电复合材料兼有陶瓷和聚合物两者优点，并能抑制各自缺点。
它比单一的压电材料有显著的优越性。
2各种不同类型的压电复合材料压电复合材料的压电效应不公取决于构成该材料各组分的性能，而且还与各相间的连通方式有关，每个相相互间的连通性是决定压电复合材料的总体性能的主要因素，因为连通性控制电通的路径和机械性能。
对于压电陶瓷和聚合物二相复合的压电复合材料共有10种连通方式。
3几种常见的压电复合材料㈠0－3型压电复合材料★陶瓷相以0维方式自连，聚合物相以3维方式自连，即互不相连的压电陶瓷微粒浮在3维自连的聚合物基体中。
①制备方法a、混合热压法，即将压电陶瓷粉料与有机聚合物按一定的比例混合，经过轧膜，压延成形制成复合材料薄膜；b、流延法，用有机溶剂溶解高分子材料，而后加入陶瓷粉料均匀混合，将混合物流延到衬底上，加热加压制成复合材料。
②性能分析制作工艺简单，易于加工成型；几乎不受外界静压力影响，可承受高达35MPa的静压力；工作频带宽，声速低，阻抗容易与空气、水、人体组织匹配。
㈡1－3型压电复合材料★它是目前最为广泛研究和实用化程度最高的一种压电复合材料；★一维的自连的陶瓷相埋置在三维自连的聚合物基中。
①制备方法排列灌注法切割填充法②性能分析制造工艺复杂，聚合物基体中含气孔多，随压力的增大性能衰减低声阻抗、机械Q值、介电常数，高静水压压电常数较小的横向机电耦合系数柔韧性好㈢2－2型压电复合材料★陶瓷相和聚合物相均匀在二维平面内自连，构成层状交叠的复合结构。
★可用层压和铸压带技术制备㈣其它类型的压电复合材料3－0型压电复合材料3－1型和3－2型压电复合材料3－3型压电复合材料压电复合材料的现状与展望展及现状复合材料，开创了压电复合材料的历史。
70年代中后期．美国宾州大学材料实验室开始研究压电复台材料在水声中的应用，并研制了l一3型压电复合材料。
K A K1icker、T R Gururaja和H P savakus 等人进行了大量的理论和实验研究工作．测试了不同体积含量的压电复合材料的特性m”]。
80年代初以后，美国加州斯坦福大学的BAAuld、Ywa职等人建立了PzT柱周期排列的l一3型压电复合材料的理论模型、并分析了其中的横向结构模。
美国纽约菲利浦实验室的w A smith等人也做了与上类似的工作。
与此同时．以及随后几年，许多国家也相继开展了压电复台材料的研究．如澳大利亚的LwChan等、日本的Hiroshi Takeuchi等。
一些研究工作者还利用压电复合材料制作了换能器。
如日本的Chltose Na—l【aya等、英国的G Hayward和R Ham-lton 等人。
压电复合材料的出现引起了国内一些研究机构的关注。
主要有中科院声学所的庄永缪等研制出用于制作宽带换能器的3～3型复合材料．南京大学的水永安等参与制作了l 3型复合材料的理论研究工作．北京大学的栾桂冬等用O一3型复音材料制作了水听器．中科院声学所的耿学仓等研制出了1—3型和2～2型复合材料，并制作了用于无损检测水浸探伤和岩性测量的纵波、横渡换能器等c“]。
在各种压电复台材料中．研究得最深入、应用得最广泛的是l一3型压电复合材料。
展望压电复合材料出现至今，对它的研究和应用已经有了相当的进展，但它毕竟还是一个新生事物．它的完整理论还没有建立起来，它的应用开发更是没有充分挖掘出来。
当前，压电复合材料有如下发展趋势。
开发连接类型按压电陶瓷相和聚合物相在复合材料中的分布状态，可将压电复合材料分成lO种连接类型o]。
为了实际应用和器件小型化，一些混合连接类型和新连接类型的复合材料被开发出来。
常长久等将并联2—2切割后按45℃方向拼接制成了面切变型压电复合材料及其换能器m】．另外他们将具有厚度模振动的1～3型和具有扭转模振动的2—2型拼接在一起．构成了一种新型的混合模式的压电复合材料，由这种复合材料制成的换能器能同时发射和接收纵波和横渡【l“。
通过一种含有空腔的金属电极与压电陶瓷的界面作用，改变了应力的作用方式，提高了d。
值．并且使符号相反的d”和da，均对巩值起加大作用。
这种新型结构的复合材料可显著提高压电复合材料换能器的灵敏改进成型工艺成型工艺直接影响压电复舍材料的性能，所以探索新工艺是压电复舍材料研究的一个重要方面。
对0—3型来说，各向异性复合材料和新制备技术成为研究热点。
R Fries等人制各的各向异性的PzT／聚合物系统，在PzT音量为60“(体积分数)时，o一3复合材料的d柏’疏分别为30pC／N和100pC／N，计算得到的g h为83mV-m／N。
Kwonhoon Han等人采用胶体工艺制备的O一3复合材料“⋯，其压电系数d。
，．乩和gn分别为65，4lpC／N，145mV·m／N。
对其它连接类型复合材料来说．陶瓷相分布的精细性和均匀性则成为研究重点。
Davjd等人采用的reIic工艺是值得注意的，他们制备的压电复合材料的主要性能参数如下：d，。
一(180土11)pC／N．巩=(85土7)pC／N，巩gh一5525×lO_15m2／N，E一【50土8。
relIc工艺有如下特点[蜘：(1)PzT的尺寸可以非常小．可达几十微米；(2)复合材料的连接和铁电性的布置可以通过改变碳纤维来改变．这十传统的纺织工艺即可实现；(3)并且易于大面积制作。
shinan wang等人以硅晶片为模板材料，采用热等静压烧结技术，最后通过熔模除去硅而得到压电陶瓷微柱，微柱的直径小于12pm．纵横比大于14．这种l一3压电复合材料适合于制作医疗成像用的高分辨率超声换能器口“。
深入理论研究压电复合材料的研究主要有三种：(1)采用串联一并联模式．以串联型和并联型结构为基础，将其它结构看作是串联和并联结构的组合，运用串联和并联的基本特性来研究比较复杂的结构类型o“州。
(2)将复合材料看作均匀介质材料，用压电方程来研究压电复合材料．在一些假设和近似处理的条件下，得出压电复合材料各种参数的数学模拟方程o“剐。
(3)压电复合材料的振动行为比单纯的压电陶瓷要复杂得多．有限元法是研究它的一种有效的方法n“”J。
压电复合材料的理论研究已经取得了一些有益的结果。
压电复合材料的介电性和压电性都随压电陶瓷含量的增加而增加．但是不同的连接类型有不同的变化规律。
不同连接类型的复含材料中的PzT空间分布是不同的：串联2—2型中PzT为薄片且与极化方向垂直；并联2—2型中PzT为薄片但与极化方向平行；l一3型中PzT为柱状与极化方向平行；0—3型中的PzT成颗粒随机地分布在三维连接的聚舍物基体中。
由于PzT的空间分布不同，所以连接类型类型不同的复合材料中的PzT上的电场不同．串联2—2型最小，并联2—2型和l一3型最大，0 3型居于前两者之间。
而电极化率和电畴反转取向程度都随电场的增加而增加．这就是不同连接类型．为什么其介电性和压电性会有如此差距的主要原因””。
压电复合材料的机电耦合系数．特别是l一3型复合材料的厚度模式耦合系数女。
很令人感兴趣．复合材料的^．可以超过压电陶瓷的女。
而达到压电陶瓷的女”【2“”]．所以选择女。
，较高的压电陶瓷是提高复合材料^．的有效方法之一。
另外，复台材料的动态特性n⋯、振动模式、振动渡的传播Ⅲ3以及复合材料理论模型的建立等诸多方面02。
”都是必须继续研究的方向。
开发压电器件压电材料在智能材料系统中占有相当重要的作用o“。
除了压电性以外．热释电性是压电复台材料比较主要的一方面啡q”。
我们应该充分利用复合材料的各种物理特性，制备多功能集成器件，为扩展和加强智能材料系统的功能创造条件。
压电复合材料的应用开发近年来很方兴未艾．运用压电复合材料开发器件．比如水听器、压电传感器哪!、热释电传感器。
3“、宽带横渡换能器Ⅲ3和非均匀振动换能器H1]等等。
影响压电复合材料性能的因素影响性能的因素是很多的．主要有连接类型、陶瓷含量、陶瓷空间尺寸、基体、成型工艺和极化工艺等几方面。
连接类型不同的连接类型中，陶瓷相和聚合物相的空间分布状态不同．将会导致电场分布的差异，而最终影响复合材料的介电性和压电性。
对于串联2—2型，由于压电陶瓷与聚台物介电常数的悬殊．导致压电陶瓷片上的电场很小，而电极化强度和电畴的反转取向都随电场增加而增加的．所以串联2—2型的介电常数和压电常数都很小““。
并联2—2型和l一3型的介电常数随陶瓷相的体积含量成线性增长。