压电陶瓷分类及应用
常用的压电材料分类
常用的压电材料分类第一类是无机压电材料，分为压电晶体和压电陶瓷，压电晶体一般是指压电单晶体；压电陶瓷则泛指压电多晶体。
压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。
具有压电性的陶瓷称压电陶瓷，实际上也是铁电陶瓷。
在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴，铁电畴由自发极化方向反向平行的180 畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成，这些电畴在人工极化（施加强直流电场）条件下，自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度，因此具有宏观压电性。
如：钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT 等。
这类材料的研制成功，促进了声换能器，压电传感器的各种压电器件性能的改善和提高。
压电晶体一般指压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。
这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。
如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
相比较而言，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，因而适合于大功率换能器和宽带滤波器等应用，但对高频、高稳定应用不理想。
石英等压电单晶压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高，多用来作标准频率控制的振子、高选择性（多属高频狭带通）的滤波器以及高频、高温超声换能器等。
近来由于铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3单晶体（Kp ≥90%, d33≥900×10-3C/N, ε≥20,000）性能特异，国内外上都开始这种材料的研究，但由于其居里点太低，离使用化尚有一段距离。
第二类是有机压电材料，又称压电聚合物，如偏聚氟乙烯（PVDF）（薄膜）及其它为代表的其他有机压电（薄膜）材料。
这类材料及其材质柔韧，低密度，低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目，且发展十分迅速，现在水声超声测量，压力传感，引燃引爆等方面获得应用。
无铅压电陶瓷分类
无铅压电陶瓷分类
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1. 哇塞，无铅压电陶瓷的分类可多啦！就像水果有不同种类一样，无铅压电陶瓷也有好多呢！比如钛酸钡陶瓷，那可是相当厉害的呀，应用在好多地方呢，像一些传感器里就有它的身影呢！你说神奇不神奇？
2. 嘿，你晓得不，无铅压电陶瓷分类里有个锆钛酸钡陶瓷哟！它就像是一个小小的能量精灵，在电子设备里发挥着大作用呢。
就好像是舞台上的主角，闪闪发光，可重要啦！你不想了解一下它具体能干啥吗？
3. 哎呀呀，无铅压电陶瓷还有铌酸钾钠陶瓷呢！它就如同一个默默奉献的小卫士，在各种仪器里坚守岗位。
你看啊，那些需要精细控制的地方都有它，这难道不酷吗？
4. 哇哦，有一种无铅压电陶瓷叫铋层状结构陶瓷呢！这名字是不是听起来就很特别呀。
它就好像是一把神奇的钥匙，能打开很多高科技领域的大门呢，你难道不好奇它是怎么做到的吗？
5. 哈哈，无铅压电陶瓷的分类中还有钨青铜结构陶瓷呢！它像是一个神秘的宝藏，等待着人们去发掘它的更多潜力。
好多研究人员都在探索它呢，你难道不想成为其中一员吗？
6. 哟呵，无铅压电陶瓷的分类还包括钙钛矿结构陶瓷呀！它就如同星星一样闪耀，在不同的领域散发着自己的光芒。
你想想，要是没有它，我们的生活会少了多少便利呀！
我的观点结论就是：无铅压电陶瓷的这些分类都各具特色和用途，真是太神奇啦！它们都在为我们的科技生活添砖加瓦呢！。
常用压电材料
常用压电材料
压电材料是一类特殊的功能材料，具有压电效应，即在外加电场或机械应力作用下会发生形变或产生电荷。
常用的压电材料包括压电陶瓷、压电单晶、压电聚合物等。
这些材料在电子、通信、医疗、汽车等领域都有着广泛的应用，因此对于压电材料的研究和应用具有重要意义。
压电陶瓷是目前应用最为广泛的一种压电材料。
它具有优异的压电性能和稳定的物理化学性质，可以在不同的温度、湿度和压力环境下工作。
常见的压电陶瓷材料有PZT（铅锆钛）系列、PNZT（钇掺杂铅锆钛）系列等。
PZT材料具有良好的机械性能和稳定的压电性能，广泛应用于超声换能器、压电陶瓷换能器、压电陶瓷传感器等领域。
压电单晶是一种高性能的压电材料，具有优异的压电性能和热稳定性。
常见的压电单晶材料有PZN-PT（铅锆镍钛）、PMN-PT（铅镁铌钛）等。
这些材料在超声波传感器、医学成像、精密仪器等领域有着重要的应用价值。
压电聚合物是一种新型的压电材料，具有良好的柔韧性和生物相容性。
常见的压电聚合物材料有PVDF（聚偏氟乙烯）、P(VDF-TrFE)（聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物）等。
这些材料在柔性传感器、生物医学器械、智能材料等领域具有广阔的应用前景。
总的来说，压电材料具有多种形式和广泛的应用领域，对于提高传感器、换能器、致动器等设备的性能和功能具有重要意义。
随着科学技术的发展，压电材料的研究和应用将会更加深入和广泛，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
希望通过本文的介绍，读者对常用压电材料有了更深入的了解，可以更好地应用于实际生产和科研工作中。
压电材料与应用
迄今为止，可被考虑的无铅压电陶瓷体系有： 1.BaTiO3基无铅压电陶瓷 a（1-x） BaTiO3-xABO3（A=Ba、Ca等，B=Zr、Sn、Hf、Ce等） I II I II b （1-x） BaTiO3-xA B O3 （A =K、Na，B =Nb、Ta） c（1-x） BaTiO3-xAII0.5NbO3 （AII=Ca、Sr、Ba）
材料 Kp Kt d33 (PC/N)
g33 (×10－3Vm/N)
F15-6 15PZTPZT-4 F15-7 15F C-1 P-5 PS PZTPZT-8 F3 SW2 SW3 PGB PZTPZT-7 F 2-6 BTBT-2
0.62 0.58 0.52 0.57 0.58 0.55 0.59 0.59 0.51 0.56 0.32
压电材料性能指标 压电材料性能指标
Kt Kp
K33 K15 K31
3、机械品质因数Qm
压电材料性能指标 压电材料性能指标
压电陶瓷在振动时，为了克服内摩擦需要消耗能量。 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。 越大，能量消耗越小。 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 的定义式是： Qm的定义式是：
压电材料概述
压电陶瓷
优点：抗酸碱，机电耦合系数高，易制程任意形状，价格 优点：抗酸碱，机电耦合系数高，易制程任意形状， 便宜。 便宜。 缺点：温度系数大，需高压极化处理(kV/mm) (kV/mm)。 缺点：温度系数大，需高压极化处理(kV/mm)。
压电聚合物
优点：低声学阻抗特性，柔软可做极薄的组件。 优点：低声学阻抗特性，柔软可做极薄的组件。 缺点：压电参数小，需极高的极化电场(MV/mm) 缺点：压电参数小，需极高的极化电场(MV/mm)
高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法
高压电应变常数d31、低压电电压常数g31压电陶瓷材料及其制备方法【原创实用版2篇】篇1 目录1.引言2.高压电应变常数 d31 和低压电电压常数 g31 的定义和作用3.压电陶瓷材料的定义和分类4.压电陶瓷材料的制备方法5.应用领域6.结论篇1正文1.引言随着科技的不断发展，压电陶瓷材料在各个领域的应用越来越广泛，如电子、光电、生物医学等。
其中，高压电应变常数 d31 和低压电电压常数 g31 是衡量压电陶瓷材料性能的两个重要参数。
本文将对这两种参数以及压电陶瓷材料的制备方法进行详细介绍。
2.高压电应变常数 d31 和低压电电压常数 g31 的定义和作用高压电应变常数 d31 是指在高压电场作用下，压电陶瓷材料产生的应变与电场强度之比。
低压电电压常数 g31 是指在低压电场作用下，压电陶瓷材料产生的电压与电场强度之比。
这两个参数是衡量压电陶瓷材料压电性能的重要指标，对于优化器件性能和设计具有重要意义。
3.压电陶瓷材料的定义和分类压电陶瓷材料是一类具有压电效应的陶瓷材料，其主要成分为压电陶瓷片。
根据成分和结构不同，压电陶瓷材料可分为以下几类：钙钛矿型、铌酸锂型、铌酸钾型、双钙钛矿型等。
4.压电陶瓷材料的制备方法（1）溶胶 - 凝胶法制备压电陶瓷材料溶胶 - 凝胶法是一种常用的制备压电陶瓷材料的方法。
该方法首先将原料与一定比例的溶剂混合，形成均匀的溶液。
然后将溶液注入反应釜中，在一定温度下保持一段时间，使溶液逐渐转变为凝胶状。
最后，将凝胶状物质干燥，得到所需压电陶瓷材料。
（2）化学气相沉积法制备压电陶瓷材料化学气相沉积法是一种以化学反应为基础的制备方法。
该方法通过将原料气体在一定条件下进行反应，生成所需压电陶瓷材料。
该方法具有生产效率高、纯度好、成分均匀等优点。
（3）烧结法制备压电陶瓷材料烧结法是一种将粉末状原料在一定温度和压力下烧结成块状材料的方法。
该方法具有制备过程简单、成本低、材料性能稳定等优点。
压电材料及其应用
压电材料及其应用学院：材料学院专业：材料科学与工程系班级：1019001姓名：***学号：**********压电材料及其应用李耘飞材料科学与工程1101900118一、压电材料的定义压电材料是指可以将压强、振动等应力应变迅速转变为电信号,或将电信号转变为形变、振动等信号的机电耦合的功能材料。
当你在点燃煤气灶或热水器时,就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。
生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压,进而将电能引向燃气的出口放电。
于是，燃气就被电火花点燃了。
压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。
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、压电材料的主要特性包括：（1）机电转换性能：应具有较大的压电系数；（2）机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强度高、机械刚度大，以期获得宽的线性范围和高的固有频率；（3）电性能：应具有高的电阻率和大的介电常数，以减小电荷泄漏并获得良好的低频特性（4）温度和湿度的稳定性要好。
具有较高的居里点，以得到宽的工作温度范围（5）时间稳定性：其电压特性应不随时间而蜕变。
压电材料的主要特性参数有：(1) 压电常数、(2) 弹性常数、 (3) 介电常数、(4) 机电耦合系数、(5) 电阻、 (6) 居里点。
压电陶瓷
压电陶瓷材料之应用
压电陶瓷按照应用分类共分为七大类： 一、压电振荡及材料 二、压电声电元件：蜂鸣器、送话器、受话器、压电喇叭 三、压电超音波换能器：超音波清洗、超音波雾化、超音波美 容、超音波探测 四、信息处理元件：滤波器、谐振器、检波器、监频器、表面 声波、延迟线 五、动力装置：点火器、超音波切割、超音波粘接、压电马达、 压电变压器 六、压电感测器：速度、加速度计、角速度计、微位移器 七、光电元件：光调节器、光调节阀、光电显示、光信息储存、 影象储存和显示 目前市场容量最大的组件是频率组件，主要包括滤波器和谐振 器。
4）含铋钙钛矿型压电陶瓷
钛酸铋钠（Na0.5Bi0.5）TiO3，简写为BNT基的压电陶 瓷是此类陶瓷的代表，BNT于1960年被Smolenskii发现的， 是一种A位复合取代的钙钛矿型弛豫铁电体，目前，BNT作 为一种无铅的铁电材料，由于其复杂的相变过程及优异的 压电性能，引起研究者的广泛关注。 BNT陶瓷有以下优点：机电耦合系数各项异性较大，用作 厚震动的振子，容易除去不必要的震动；居里温度较高； 相对压电常数较小；热释性能与BaTiO3和PZT相当；声学 性能好；烧结温度低，一般在1200℃以下。
降低烧结温度的方法： 降低烧结温度的方法：
1、改善粉体形貌，使粉体的粒子纳米化，细小均匀的粉体具有 高的表面能和烧结活性，有利于烧结过程的进行，如采用水热、 法或溶胶凝胶法制备PZT粉体。 2、添加低温烧结助剂，如制粉时加微量Fe2+、Bb3+、Cu2+等离子， 烧结时添加微量Ba(CuW)O3. 3、热压烧结
铅基压电陶瓷
1954年Jaffe等人试验制成了PbZrO3 –PbTiO3 二元系固溶型 压电陶瓷，即是锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷。 优点： 优点：具有优越的压电性能，居里温度高，机电耦合系数及机 械品质因数大，温度稳定性和耐久性好，且形状可以任意选择， 便于大量生产。 不足： 不足：烧结温度一般在1200℃以上，PbO容易挥发，由于铅的挥 发，经常使得PZT陶瓷的化学计量比发生偏差，性能难以稳定控 制，而且对环境造成污染，危害人体健康。
压电陶瓷材料的分类
压电陶瓷材料的分类1、按主要组成晶体结构分类：现已实用化的压电陶瓷材料主要分为：（1）钙钛结构矿perovskite structure具有钙钛矿结构的铁电，压电陶瓷属于ABO3型氧八面体，其中A为一价或二价金属离子，而B为四价或五价金属。
半径较大的A正离子，半径较小的B正离子和氧离子分别位于晶胞格子的顶角，体心和面心。
如图所示。
这种结构也可看成是一组BO6八面体按简立方图样排列而成，各氧八面体由公有的氧离子联结，A正离子占据氧八面体之间的空隙，钙钛矿原胞是立方的，也可畸变成具有三角和四方对称性。
钛酸钡，钛酸铅，锆钛酸铅和KxNa1-xNbO3等铁电压电陶瓷具有钙钛矿结构。
（2）钨青铜结构tungsten-bronze structure具有钨青铜结构的铁电，压电陶瓷也属于ABO3型氧八面体铁电体，一个四方晶胞包含10个BO6八面体，它们由其顶角按一定方式联结而成。
偏铌酸铅和铌酸锶钡等铁电压电陶瓷具有钨青铜结构。
（3）铋层状结构bismuth layer structure铋层状结构可以看成是由其氧八面体类钙钛矿层与{Bi2O12}层交替叠成的。
其中类钙钛矿层可以是一层{如Bi2WO6},二层{如PbBi2Nb3O9}，三层{如Bi4Ti8O12}以至五层。
在类钙钛矿层中，其正离子可被许多离子取代。
（4）焦绿石结构pyrochlore structure焦绿石结构是由共同顶角的{NbO6或TaO6}氧八面体组成，而较大的Cd2+{或Pb2+}离子位于氧八面体之间的间隙中。
这种结构的铁电体仅出现在Cd2Nb2O2, Pb2Nb2O2和Cd2Ta2O7等有限几种化合物中*本公司产品压电陶瓷材料主要为钙钛矿结构。
2、按主要组成组元分类：（1）单元系陶瓷unit system ceramics实用的单元系其结晶构造几乎都是BaTiO3为代表的钙钛矿结构和PbNbO6等的钙青铜结构：属于钙钛矿结构的单元系材料有①BaTiO3、②PbTiO3、③PbZrO3、④居里点高的ＢiNaTi2O6(Tc=320℃),BiKTiO6(380℃),Pb2FeNb6(112℃)和Pb3ZnNb2O3(１４０℃)等压电陶瓷。
压电陶瓷简介
使压电材料的压电效应消失的温度。
压电材料的主要特性
转换性能：要求具有较大的压电常数。
机械性能：机械强度高、刚度大。 电性能：高电阻率和大介电常数。
环境适应性：温度和湿度稳定性要好，要求具
有较高的居里点，获得较宽的工作温度范围。 时间稳定性：要求压电性能不随时间变化。
表示压电材料机械能(声能)与电能之间的转换效率。
E贮 机械品质因子Qm : Qm E损
压电晶片在谐振时贮存的机械能E贮与在一个周期内损耗的能 量E损之比称为机械品质因子Qm。
压电材料的主要性能参数
cL (常数） 频率常数Nt: N t tf 0 2
压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数， 这个常数叫做频率常数。
奥迪威公司压电蜂鸣片
电声元件
开放式超声波传感器
超声波雾化片
奥迪威其它压电产品
超声波马达
C-171微型旋转陶瓷电机
超声波压电陶瓷电机
液晶电视用模组
压电陶ห้องสมุดไป่ตู้点火器
谢谢
压电陶瓷历史
1916年 朗之万(Langevin)用压电石英晶体作成水
下发射和接收 换能器，这是最早的压电换能器， 并用于探测水下的物体。 1918 年 卡迪（Cady）研究了罗息盐晶体在机械 谐振频率特有的电性能，导致罗息盐电声组件问 世。 1921年 相继研制成功石英谐振器和滤波器，开创 了压电效应在稳频、计时和电子技术方面 的应用。
压电材料应用
压电陶瓷按照应用分类共分为七大类： 压电振荡器及材料 压电声电组件：蜂鸣器、送话器、受话器、压电喇叭 压电超音波换能器：超音波清洗、超音波雾化、超音波美容、 超音波探测 信息处理组件：滤波器、谐振器、检波器、监频器、表面声波、 延迟线 动力装置：点火器、超音波切割、超音波粘接、压电马达、压 电变压器 压电传感器：速度、加速度计、角速度计、微位移器 光电组件：光调节器、光调节阀、光电显示、光信息储存、影 象储存和显示 目前市场容量最大的组件是频率组件，主要包括滤波器和谐振器。
整理的压电陶瓷基本介绍
压电陶瓷报告1.基本概念压电陶瓷由一颗颗小晶粒无规则“镶嵌”而成，如图1所示。
图1 BSPT压电陶瓷样品断面SEM照片每个小晶粒内还具有铁电畴组织，如图所示。
图PZT陶瓷中电畴结构的电子显微镜照片1.1晶胞结构目前应用最广泛的压电陶瓷是钙钛矿（CaTiO3）型结构，如PbTiO3、BaTiO3、KxNa1-xNbO3、Pb(ZrxTi1-x)O3等。
该类材料的化学通式为ABO3。
式中A的电价数为1或2，B的电价为4或5价。
其晶胞（晶格中的结构单元）结构如图所示。
压电陶瓷的晶胞结构随温度的变化是有所变化的。
如下式及图6所示。
PbTiO3（PT ）：四方相 立方相BaTiO3（BT ）：三角相 正交相 四方相 立方相自发极化的产生以BT 材料由立方到四方相转变为例，分析自发极化的产生，如图7所示。
（a ）立方相 （b ）四方相由图可知，立方相时，正负电荷中心重合，不出现电极化；四方相时，因490℃ 120℃ 5℃ -90℃Ti4+沿c轴上移，O2-沿c轴下移，正负电荷中心不重合，出现了平行于c 轴的电极化。
这种电极化不是外加电场产生的，而是晶体内因产生的，所以成为自发极化，其相变温度TC称为居里温度。
1.2压电效应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。
其中，如果压力是一种高频震动，产生的就是高频电流。
如果将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）。
1.3压电陶瓷具有这种性能的陶瓷称为压电陶瓷，发生正压电效应时，表面电荷的密度与所受的机械应力成正比。
当发生负压电效应时，形变的大小与电场强度成正比。
1.4压电作用机理压电效应首先是在水晶晶体上发现的，现在我们以水晶晶体为模型，说明产生压电效应的物理机理。
当不施以压力时，水晶晶体正、负电荷中心如上图分布，设这时正、负电荷中心重合，整个晶体的总电矩等于零，晶体表面不荷电（不呈压电性）。
压电陶瓷
§ 7-1 压电陶瓷
E
电致伸长
剩余伸长
(a) 极化前
(b) 预极化后
(c) 预极化后撤出外场
陶瓷的预极化示意图
§ 7-1 压电陶瓷
• 压电材料分类： 压电材料分类： 压电单晶 压电陶瓷 压电聚合物 压电复合材料
§ 7-1 压电陶瓷
• 应用举例： 应用举例： 水声技术： 水声技术：水声换能器 超声技术：超声清洗、超声乳化、 超声技术：超声清洗、超声乳化、超声分散 高电压发生装置：压电点火器、引燃引爆、 高电压发生装置：压电点火器、引燃引爆、压电变压器 电声设备：麦克风、扬声器、 电声设备：麦克风、扬声器、压电耳机 传感器： 传感器：压电地震仪 压电驱动器 。。。。。。。。
§ 7-1 压电陶瓷
压电系数d 单位机械应力T所产生的极化强度 所产生的极化强度P 压电系数 ：单位机械应力 所产生的极化强度 ） d = P / T （C/N） 所产生的应变△ 或：单位电场强度V/x所产生的应变△x/x 单位电场强度 所产生的应变
d = (∆x / x) /(V / x) = ∆x / V
（m/V） ）
常用的为横向压电系数d 和纵向压电系数d 常用的为横向压电系数 31和纵向压电系数 33（脚标第 一位数字表示压电陶瓷的极化方向； 一位数字表示压电陶瓷的极化方向 ； 第二位数字表示机械 振动方向） 四方钙钛矿结构有三个独立的压电系数d 振动方向）。四方钙钛矿结构有三个独立的压电系数 31 、 d33和 d15 。
钨青铜结构在（ 钨青铜结构在（001)面上的投影 面上的投影
§ 7-1 压电陶瓷
3. 铌酸锂型结构
• 氧八面体以共面形式重叠 • Li位于氧八面体的公共面 位于氧八面体的公共面 • Nb位于氧八面体中心 位于氧八面体中心 • 极化时，Li,Nb偏离中心位 极化时， 偏离中心位 置，沿c轴出现电偶极矩 轴出现电偶极矩
半导体(压电陶瓷)
压电陶瓷材料在我们的生活中随处可见的物质，材料的发展深深的影响着人们的生活质量，同时也是我们人类社会进步和文明的重要标志。
随着社会的进步和发展，电子陶瓷材料在信息技术中占有非常重要的作用，常常被用来制作一些重要的电子元器件如：传感器、电容器、超声换能器。
因此，高性能的电子陶瓷材料是信息技术发展和研究的重要方向。
压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体,是信息功能陶瓷的重要组成部分。
其具有机电耦合系数高(压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能，或将电能转变为机械能的效率)、价格便宜、易于批量生产等优点,已被广泛应用于社会生产的各个领域,尤其是在超声领域及电子科学技术领域中,压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的支配地位,如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。
1.压电陶瓷性能1.1压电性压电陶瓷最大的特性是具有正压电性和逆压电性。
正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。
反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心不但发生相对位移而被极化,同时由于此位移而导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。
1.2介电性能材料在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数（ε r ）和介质损耗（tanδ）来表示。
当在两平板之间插入一种介质（材料）时，电容C将增加，此时电容 C与真空介质时该电容器的电容量 C0的比即为相对介电常数k：k＝C/C＝ (εA/d)/（ε0A/d）＝ε/ε（ε—真空介电常数：8.854×10－12F/m）当一个正弦交变电场V＝Vexpiωt施加于一介电体上时，电荷随时间而变化而产生了电流Ic， Ic在无损耗时比 V 超前90°。
但实际是有损耗的。
有损耗时，总电流超前电压不再是90°而是90°-δ。
压电材料的制备和应用
压电材料的制备和应用压电材料是一类能够将机械形变转换为电能的特殊材料。
在现代科技领域，压电材料被广泛用于制造或应用于传感器、电子元件、振动器、纳米技术、医疗器械等领域。
压电材料的制备和应用正在快速发展，本文将针对压电材料的制备和应用进行说明。
一、压电材料的分类压电材料可分为天然材料和人工合成材料。
天然压电材料的代表是石英、氢氧化锂石英、铅酸钙等，而人工合成压电材料则可以分为有机压电材料和无机压电材料。
有机压电材料的代表是聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚丙烯酸铅（Pb(Zr,Ti)O3）、压电陶瓷材料（BaTiO3等），无机压电材料的代表则主要是ZnO、AlN等。
二、压电材料的制备方法压电材料的制备方法主要取决于压电材料的种类。
以无机压电材料为例，制备工艺相对复杂，需要经过液相沉淀、烧结、后处理等步骤。
主要包括以下几个步骤：1. 先制备好所需的原料。
2. 将原料混合后进行液相沉淀，并利用离心或过滤等方式分离出固相颗粒物质。
3. 对固相颗粒物质进行干燥处理。
4. 将干燥后的沉淀物料进行压制，得到预制块。
5. 对预制块进行烧结处理，使其结晶体形成晶粒、晶界和结晶面。
6. 对烧结后的材料进行目的性的后处理，包括致密化、热解和表面处理等。
三、压电材料的应用压电材料由于其独特的物理性质，在现代科技领域中有着广泛的应用。
下面我们细细道来。
1. 无线电传感器压电材料可以用于制作无线电传感器，通过压电传感器可以将声音、压力或其他形式的振动转化成电能，使语音、音频等传输变得简单。
2. 振动器压电材料也可以用于振动器的制造。
例如，当压电材料受到电信号刺激时，它会产生准静态的形变或者形变。
通过这种变化，振动器的震动频率也会发生变化，从而产生声音、图像和其他类型的信号。
3. 超声波设备超声波设备主要应用压电陶瓷，它的压电效应非常明显，通过其产生的超声波来驱动机械运动，其应用领域覆盖了医学、工业及能源等领域。
四、压电材料的发展趋势随着时间的推移，压电材料的发展趋势主要有以下几个方面：1. 设计并研究出新型压电材料，以满足不断增长的用户需求。
压电陶瓷材料及应用
压电陶瓷材料及应⽤压电陶瓷材料及应⽤⼀、概述1.1电介质电介质材料的研究与发展成为⼀个⼯业领域和学科领域，是在20世纪随着电⽓⼯业的发展⽽形成的。
国际上电介质学科是在20世纪20年代⾄30年代形成的，具有标志性的事件是：电⽓及电⼦⼯程师学会（IEEE）在1920年开始召开国际绝缘介质会议，以后⼜建⽴了相应的分会（IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society）。
美国MIT建⽴了以Hippel教授为⾸的绝缘研究室。
苏联列宁格勒⼯学院建⽴了电⽓绝缘与电缆技术专业，莫斯科⼯学院建⽴了电介质与半导体专业。
特别是德国德拜教授在20世纪30年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分⼦结构关系获得了诺贝尔奖，奠定了电介质物理学科的基础。
随着电器和电⼦⼯程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中⼼内容的电介质物理学科。
我国电介质领域的发展是在1952年第⼀个五年计划制定和实⾏以来，电⼒⼯业和相应的电⼯制造业得到迅速发展，这些校、院、所、⾸先在我国开展了有关电介质特性的研究和⼈才的培养，并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程，西安交⼤于上海交⼤、哈尔滨⼯⼤等院校⼀道为我国培养了数千名绝缘电介质专业⼈才，促进了我国⼯程电介质的发展。
80年代初中国电⼯技术学会⼜建⽴了⼯程电介质专业委员会。
近年来，随着电⼦技术、空间技术、激光技术、计算机技术等新技术的兴起以及基础理论和测试技术的发展，⼈们创造各种性能的功能陶瓷介质。
主要有：（1）、电⼦功能陶瓷如⾼温⾼压绝缘陶瓷、⾼导热绝缘陶瓷、低热膨胀陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷等。
（2）、化学功能陶瓷如各种传感器、化学泵等。
（3）、电光陶瓷和光学陶瓷如铁电、压电、热电陶瓷、透光陶瓷、光⾊陶瓷、玻璃光纤等。
（电介质物理——邓宏）功能陶瓷作为信息时代的⽀柱材料，以其独特的⼒、热、电、磁、光以及声学等功能性质，在各类信息的检测、转换、处理和存储中具有⼴泛的应⽤，是⼀类重要的、国际竞争极为激烈的⾼技术材料。
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。
压电陶瓷的分类
压电陶瓷的分类嘿，朋友们，今儿咱们来聊聊一个挺有意思的话题——压电陶瓷，这玩意儿听起来挺高科技的，但其实它就在我们身边，默默地为我们的生活添彩呢！首先，咱们得明白啥是压电陶瓷。
简单来说，压电陶瓷就像是那些会“害羞”的石头，你轻轻一摸它，它就能感受到你的温柔，然后“脸红”一下，释放出一点点电来。
这可不是我瞎编的啊，这是科学原理，叫做压电效应。
简单来说，就是压力能变成电，神奇不神奇？那么，压电陶瓷这家伙到底有多少种呢？嘿，多了去了，就像咱们家里的调料瓶，各有各的味道，各有各的用处。
第一种，咱们叫它“硬汉型”压电陶瓷。
这种陶瓷啊，就像那些铁骨铮铮的汉子，硬气得很。
它的特点是强度高，耐得住各种折腾，不容易变形。
所以，在需要承受大压力、大冲击的地方，比如超声波传感器、压力传感器这些高科技玩意儿里，都能看到它的身影。
它就像个默默无闻的守护者，守护着设备的稳定运行。
第二种呢，咱们叫它“温柔型”压电陶瓷。
这种陶瓷啊，就像那些温柔如水的女子，细腻又敏感。
它的特点是灵敏度高，一点点小压力都能感受到，并且迅速转换成电信号。
所以，在需要高精度测量的场合，比如加速度传感器、陀螺仪这些精密仪器里，它可是大显身手。
它就像个细心的侦探，捕捉着每一个细微的变化。
还有一种特别有趣的压电陶瓷，咱们叫它“变色龙型”。
为啥这么叫呢？因为它能根据环境的不同，展现出不同的特性。
就像变色龙一样，能根据心情和需要变换颜色。
这种压电陶瓷啊，在特定的条件下，能够改变它的压电性能，比如温度、湿度这些。
这样一来，它就能在不同的场合下发挥不同的作用了。
这种灵活性啊，真是让人叹为观止！当然啦，压电陶瓷的种类还有很多很多，比如还有那些耐高温的、耐腐蚀的、抗疲劳的……它们各有各的特长和用途。
就像咱们人类一样，每个人都有自己的优点和特长嘛！说到这里啊，我不禁要感叹一下科技的神奇和伟大。
这些看似不起眼的压电陶瓷啊，竟然能在我们的生活中发挥如此重要的作用。
它们默默地工作着，为我们的生活带来便利和舒适。
压电陶瓷分类
压电陶瓷分类
1. 压电陶瓷有好多不同的类型啊！就像水果有各种各样的品种一样。
比如说钛酸钡压电陶瓷，这可是个厉害的角色呢！在一些传感器里经常能看到它的身影，就像草莓在水果沙拉中那么显眼！
2. 还有锆钛酸铅压电陶瓷呀！它就如同团队中的骨干，在超声换能器等领域发挥着关键作用。
你想想看，要是没有它，那得有多糟糕呀！
3. 偏铌酸钾钠压电陶瓷也不能小瞧哦！它有点像隐藏的高手，在一些特殊的应用场景中悄然发力，就如同平时低调但关键时刻能大显身手的人一样。
4. 无铅压电陶瓷也是一大类呢！它多重要呀，就像是环保界的明星，为了我们的环境和健康努力着，这难道不令人敬佩吗？
5. 高居里温度压电陶瓷呢，就像能在高温环境下依然坚强工作的勇士，在一些高温的条件下依然可靠，你说酷不酷？
6. 软性压电陶瓷也是很特别的存在！它就好像一个温和的伙伴，能适应很多不同的情况，给我们带来很多便利呀！
总之，压电陶瓷的分类真的好丰富，每一种都有着独特的魅力和用途，在我们的生活中扮演着重要的角色呢！。
压电陶瓷的物理性能与压电方程
第二节 压电陶瓷的内部结构
晶态固体（晶体）：食盐、云母、金刚石 非晶态固体：玻璃、松香、塑料
○ 晶体具有对称的外形，非晶体则没有； ○ 一些物理性质各向异性，如：杨氏模量、硬度、折射率、电阻率、磁化率，非晶体则是各向同性的； ○ 晶体具有熔点，非晶体没有； ○ 晶体在外力的作用下，容易沿着一定的平面裂开，这平面称为解理面，而非晶体没有解理面。 ○ 组成晶体的分子、原子或离子有规则的周期性地排列，称为晶体点阵结构，非晶体的微粒没有排列规则；
画出电滞回线，标出剩余极化强度和矫顽电场。
说明介质损耗的原因，写出复介电系数的表达式。
写出3方向极化的压电陶瓷的极化系数和介电系数的矩阵表达式。
极化过程
02
03
04
01
习 题
第四节 压电陶瓷的弹性性能
一、形变与应变
1．形变—物体受到外力作用，大小和形状发生改变
⑴ 形式
⑵ 性质
弹性形变——去掉外力后，形变消失 塑性形变——去掉外力后，残余形变
02
继续加反向电场，直到该电场加到 ，极化强度才变为0。这个电场称为矫顽电场。循环一周，就可以得到一个封闭的曲线，称为电滞回线。具有这种功能的材料被称为铁电材料。
03
第三节 压电陶瓷的介电性能
二、极化系数和介电系数
极化强度P与电场强度E之间的比值，称为极化系数。 它是一个表征材料介电性能的物理量。
单晶体：组成整块晶体的微粒都按一定的规则排列，如天然生长的方解石，人工培养的单晶硅、红宝石。 多晶体： 有些晶体的晶粒内的微粒是规则排列，但晶粒的大小和形状不同，取向也是凌乱的，因此无明显的规则外形，也不表现出各向异性，成为多晶体。
一、晶体的内部结构
石墨烯压电陶瓷
石墨烯压电陶瓷
石墨烯压电陶瓷是一种复合材料，它结合了石墨烯和传统压电陶瓷的优点。
石墨烯是一种由单层碳原子紧密排列而成的二维材料，具有优异的机械强度、导电性以及热稳定性。
而压电陶瓷则具有将机械能与电能相互转换的能力，广泛应用于传感器、驱动器和能量收集等领域。
在石墨烯压电陶瓷中，石墨烯的独特性能如高载流子迁移率、优良的柔韧性和高的比表面积被用于增强压电陶瓷的性能：
1.提升压电响应：石墨烯的引入可以改善压电陶瓷的压电常数，提高其对力或压力变化的敏感
度，使得器件能够更高效地转换电信号和机械振动。
2.增强机械性能：石墨烯的加入可以增强压电陶瓷的机械强度和韧性，从而有利于制备出耐久
性更好、更适用于动态负载应用的产品。
3.优化结构设计：石墨烯-陶瓷复合材料可以通过控制石墨烯的分布和含量来实现结构功能一体
化，比如在某些情况下可构建具有梯度或分级结构的复合材料，以进一步优化其性能。
4.扩展工作范围：由于石墨烯良好的温度稳定性和化学稳定性，石墨烯压电陶瓷有可能拓宽工
作温度范围和环境适应性。
5.新型应用探索：这种复合材料为开发新型的微电子器件、声学器件、生物传感器以及其他需
要高性能压电器件的应用领域提供了新的可能性。
因此，石墨烯压电陶瓷是材料科学的一个重要研究方向，有望推动相关技术领域的革新与发展。
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压电陶瓷分类及应用
压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料。
压电效应是指在外加机械应力或电场作用下，压电陶瓷会发生尺寸变化或极化现象，从而产生电荷分布。
根据压电陶瓷材料的组成和性质，可以将其分为几种不同的分类。
一、根据压电性能可将压电陶瓷分为高压电效应陶瓷和低压电效应陶瓷。
高压电效应陶瓷具有较高的压电系数和较大的震荡频率，适用于高频和高精度的应用，如声子滤波器、超声波发生器、压电换能器等。
低压电效应陶瓷的压电系数较低，主要用于压电传感器、压电陶瓷振动器、电子器件的稳定和控制等应用。
二、根据晶体结构的不同，压电陶瓷可以分为三类：酸性压电陶瓷、硼酸盐压电陶瓷和锆钛酸钾压电陶瓷。
酸性压电陶瓷是指以三方晶系的负电性轴为基础，具有良好的机械和电性能。
硼酸盐压电陶瓷主要以硼酸盐基质为主，具有较高的压电系数和介电常数。
锆钛酸钾压电陶瓷是一类常用的压电陶瓷材料，具有较高的压电系数和压电耦合因子，在声波传感器和应用中得到广泛应用。
三、根据应用领域的不同，压电陶瓷可以分为多种类型。
在声学领域，压电陶瓷广泛应用于扬声器、电麦克风、声波发生器、声子滤波器等装置中。
在控制领域，压电陶瓷用于压电陶瓷驱动器、压电陶瓷换向器、压电陶瓷伺服控制系统等。
在传感领域，压电陶瓷被应用于压力传感器、加速度传感器、应力传感器等。
在医疗领域，压电陶瓷用于超声波显像设备、超声刀、超声治疗仪等医疗器械中。
压电陶瓷材料以其优越的压电性能和物理特性，在电子、声学、控制等领域中具有广泛的应用前景。
随着科学技术的发展，压电陶瓷材料的研究和应用将更加深入和广泛。