功能复合材料-3-压电复合材料
1-3型压电复合材料的制备与物性的研究
1-3型压电复合材料的制备与物性的研究压电复合材料是指由压电陶瓷材料和有机聚合物材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的功能材料。
由于压电复合材料同时具备聚合物相和压电相的优点而被广泛的研究,其在医学超声探头和水声换能器中都有着重要的应用。
1-3型压电复合材料的连通方式为一维连通的压电陶瓷平行的镶嵌在三维连通的聚合物基体中,其声阻抗远小于压电陶瓷材料。
因而,用复合材料制作的换能器更容易与水和人体组织匹配。
制备1-3型压电复合材料的方法有切割-填充法、脱模法等,其中切割-填充法操作简单、成本低,并且可以根据需要控制复合材料中陶瓷柱的宽度与间隔,因此被广泛的用于复合材料的制备。
本论文利用切割-填充法制备了陶瓷相的体积比不同的1-3型PZT-Epoxy压电复合材料和陶瓷相的体积比为31%的1-3型BCZT-Epoxy压电复合材料,并对其超声物性展开了研究。
主要结果如下:(1)研究了陶瓷相的体积比对1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料的压电常数、声阻抗等物性的影响,并探讨了材料的纵横比对复合材料的厚度机电耦合系数kt的影响。
实验制备了陶瓷相的体积比分别为25%、31%和40%的压电复合材料。
研究发现复合材料的声阻抗Z和压电常数d33都随陶瓷相的体积比的增加而增大,实验制备的复合材料的声阻抗的最小值和压电常数的最大值分别为10.2Mrayl、317pC/N。
与PZT43陶瓷材料相比,复合材料的厚度机电耦合系数kt 提高、介电常数εr降低,但是介电损耗tanδ增加、机械品质因子Qm比PZT43陶瓷降低了 2个数量级。
在-50℃-150℃的测试区间内,实验制备的压电复合材料的厚度机电耦合系数kt都具有较好的温度稳定性,并且kt随着复合材料样品的厚度的增加呈现先增加后减少的趋势,在纵横比约为3时kt取得最大值。
陶瓷相的体积比为31%的1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料在厚度为1.4mm时的物性分别为:d3= 273pC/N,Z=11 Mrayl,kt=0.66,Q =4.1 εr= 410,ta =0.03。
功能复合材料教学大纲
功能复合材料一、课程说明课程编号：060113Z10课程名称：功能复合材料/functional composite Materials课程类别：学科专业课程学时/学分：24/1.5先修课程：大学物理、固体物理、材料化学与物理、材料科学基础、无机非金属材料适用专业：材料科学与工程专业本科生建议教材及参考书：（1）功能复合材料，张佐光，化学工业出版社，2004.9（2）殷景华，等.功能材料概论，哈尔滨：哈尔滨工业出版社，2002.7（2）贡长生，张克立.新型功能材料，北京：化学工业出版社，2001.1二、课程设置的目的、意义本课程主要介绍功能材料的研究现状和发展趋势，一些常见功能材料和复合材料的基本知识、种类、特点和应用，有助于学生拓宽专业知识面，同时加深对专业的认识和应用。
三、课程目标3.1课程对毕业生能力支撑本课程对应毕业要求2-2、4-1、5-1,具体内容如下：毕业要求2-2：掌握分析研究复杂工程问题所需的物理、化学等自然科学基础知识。
学会运用物理学和化学中的理论、观点和方法，识别、分析常见工程问题中涉及的物理和化学问题。
毕业要求4-1：根据工程应用的需要，能够根据材料工程技术研究的需要选择合适的实验手段对材料组成、组织结构、性能及其相互关系，对试验数据做出正确的分析，为材料的应用提出合理建议。
毕业要求5-1：系统地掌握材料科学与工程基础理论，掌握相关技术基础理论和现代分析方法在材料制备技术中的应用知识与应用技巧；系统地掌握材料工程领域主要制备技术，深入了解新材料与材料加工新技术的发展方向。
3.2课程教学目标通过本课程的教学，使学生在学习了材料科学基础、材料物理化学等课程的基础上进一步掌握不同类型功能材料及功能复合材料的合成与制备理论基础、制备方法、制备技术、工艺、设备等，把握材料科学与工程的新技术、新工艺。
使学生掌握材料科学研究工作者通常关注的成分-工艺-显微组织/结构-性能之间的内在联系，为将来研究开发新材料和材料制备新工艺奠定良好的理论基础。
压电复合材料
压电复合材料压电复合材料是一种具有压电效应的复合材料，由于其在传感器、换能器等领域具有广泛的应用前景，因此备受关注。
压电复合材料由压电陶瓷和复合材料两部分组成，具有良好的压电性能和优异的力学性能。
本文将从压电复合材料的材料特性、制备工艺、应用领域等方面进行介绍。
首先，压电复合材料具有优异的压电性能。
压电效应是指在外加电场作用下，材料会产生机械应变；反之，在外加机械应力作用下，材料也会产生电荷。
这种双向的耦合效应使得压电复合材料在传感器、换能器等领域具有广泛的应用前景。
其次，压电复合材料还具有良好的力学性能，具有较高的强度和刚度，能够满足不同工程领域的需求。
其次，压电复合材料的制备工艺主要包括材料选择、成型工艺和制备工艺等几个方面。
首先，在材料选择上，需要选择具有良好压电性能的陶瓷材料，并与复合材料进行复合，以确保材料具有良好的力学性能。
其次，在成型工艺上，可以采用注塑成型、压延成型等工艺，以获得所需形状的压电复合材料。
最后，在制备工艺上，需要进行烧结、热压等工艺，以确保压电复合材料具有良好的压电性能和力学性能。
最后，压电复合材料在传感器、换能器等领域具有广泛的应用。
在传感器方面，压电复合材料可以用于压力传感器、加速度传感器等领域，具有灵敏度高、频率响应宽等优点。
在换能器方面，压电复合材料可以用于声波换能器、超声波换能器等领域，具有转换效率高、频率稳定等优点。
因此，压电复合材料在工程领域具有广泛的应用前景。
综上所述，压电复合材料具有优异的压电性能和良好的力学性能，其制备工艺简单可行，应用领域广泛。
随着科学技术的不断发展，相信压电复合材料将会在工程领域发挥越来越重要的作用。
1-3型压电复合材料设计分析
ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ （ Ｆ Ｅ Ｍ） ．Ｔ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ １ － ３ ｍｏ ｄ ｅ
ｐｉ ｅ ｚ ｏ ｃ ｏ ｍｐ ｏｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ， ＰＺＴ一 ５ Ｈ ｆ ｏ ｒ ｐ ｉ ｅ ｚ ｏｃ ｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ ｐｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｓ ａ ｎ ｄ ｐｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｕｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｓ ａ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ．Ｖｏ ｌ ｕ ｍｅ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＰＺＴ一 ５ Ｈ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｙｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｆ ｐｉ ｌ ｌ ａ ｒ ｓ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ．Ｔｈ ｏｕ ｇ ｈ ｈ ａ ｒ ｍｏ ｎ ｉ ｃ
ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｏ ｆ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｖ ａ ｌ ｉ ｄ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ａ ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｇｅ ｅ ｍｅ ｎ ｔ
ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ （ ＡＮＳ ＹＳ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ） ，ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ 【 ｇ ｈ ｅ ｓ ｔ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｄ ． Ｉ ｎ
塾 皇 塑 鱼
压电复合材料
压电复合材料摘 要: 从压电材料的压电效应入手, 介绍了压电材料的分类及结构组成。
针对不同压电材料在生产实践中的应用情况, 列出现阶段压电材料的制备技术。
综述了近年来压电材料的研究现状, 并系统介绍了压电材料在各个领域的应用和发展。
关键词：压电材料；压电效应；制备工艺；应用Abstract: This paper begins with the piezoelectric effect and introduces the classification and structure of piezoelectric materials. Considering the application of different piezoelectric materials in the production practice, preparative techniques of piezoelectric material in the current stage are listed. Research actuality of piezoelectric materials is summaried. Application and development of the piezoelectric materials in various Fields are also introduced systematically.Keywords: piezoelectric material; piezoelectric effect; preparative technique; application1.引言自20世纪出现压电材料以来, 因其独特性能,逐渐成为材料领域中的重要组成部分。
随着电子、导航和生物等高技术领域的发展, 人们对压电材料性能的要求越来越高。
目前, 研究和开发压电材料主要是从老材料中发掘新效应, 开拓新应用; 从控制材料组织和结构入手,运用新工艺制备各种新型压电材料。
压电复合材料
压电复合材料
压电复合材料是有两种或多种材料复合而成的压电材料。
常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物（例如聚偏氟乙烯活环氧树脂）的两相复合材料。
这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，并具有较低的密度、容易和空气、水、生物组织实现声阻抗匹配。
此外，压电复合材料还具有压电常数高的特点。
压电复合材料在医疗、传感、测量等领域有着广泛的应用。
优点
（1）横向振动很弱，串扰声压小；
（2）机械品质因数Q 值低：
（3）带宽大（80%～100%）；
（4）机电耦合系数值大；
（5）灵敏度高，信噪比优于普通PZT 探头；
（6）在较大温度范围内特性稳定；
（7）可加工形状复杂的探头，仅需简易的切块和充填技术；（8）声速、声阻抗、相对绝缘常数及机电系数易于改变（因这些参数相关于陶瓷材料的体积率）；
（9）易与声阻抗不同的材料匹配（从水到钢）；
（10）可通过陶瓷体积率的变化，调节超声波灵敏度。
功能复合材料
功能复合材料
仿生功能复合材料
概述 自然界的生物材料具有复合结构，经过亿万年自然选择与进
化，形成了大量天然合理的结构与形态。 仿生概念古已有之，20世纪60年代开始现代仿生研究逐步活 跃；90年代初出现材料仿生研究，认为材料仿生应该尽可能接 近模仿生物材料的结构和性质；近年来提出“受生物启发”而 研制的材料或进行的过程，渐为材料界接受，是广义仿生。 生物材料最显著的特点是具有自我调节功能，能够一定程度 地调节自身的物理和力学性能，以适应周围环境。 一些生物材料具有自适应和自愈合能力。 研究生物材料的结构和功能，用以设计和制造先进复合材料。
功能复合材料
压电功能复合材料
复合材料压电性能
压电材料可以分为下面五类： (1)单晶材料，如石英、磷酸等； (2)陶瓷材料，如锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅等； (3)高分子聚合物，如聚氯乙烯等； (4)复合材料，如PZT/聚合物等； (5)玻璃陶瓷，如TiSrO3等。
功能复合材料
功能复合材料
隐身复合材料
结构型隐身复合材料在飞机上的应用 结构吸波材料是在先进复合材料基础上发展起来的双功能复合
材料，既能隐身又能承载，可成型各种形状复杂的部件，如机翼、 尾翼、进气道等，是当今吸波材料主要的发展方向。 美国先进隐身战斗轰炸机、战略轰炸机、战斗机以及先进巡航 导弹大量采用了碳纤维、碳/Kevlar纤维或碳/玻璃纤维混杂纤维 作为增强材料的结构吸波材料。 用特殊碳纤维制造B-2轰炸机的多层吸透波蒙皮。 碳纤维复合材料可用于F-22的蒙皮壁板、机翼中间梁、机身中 间梁、机身隔框、舱门和其他部件，主要应用的树脂有：双马来 酰亚胺（BMI）、环氧树脂和热塑性树脂。
1_3型压电复合材料的制备及性能研究
第28卷 第6期2006年6月武 汉 理 工 大 学 学 报JOURNA L OF WUHAN UNIVERSIT Y OF TECHN OLOG Y Vol.28 No.6 J un.2006123型压电复合材料的制备及性能研究徐玲芳,陈 文,周 静,李 君(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉430070)摘 要: 采用塑性聚合物方法制备了掺Nb 的PZT (PZT 25A )陶瓷纤维,且通过排列陶瓷纤维,灌注环氧树脂的方法制备了123型压电复合材料。
研究了陶瓷纤维的结构,分析了123型压电复合材料密度和剩余极化随纤维体积分数V c 的变化关系。
XRD 表明PZT 25A 陶瓷纤维为纯钙钛矿结构,SEM 显示纤维结构致密,直径为250μm 。
123型压电复合材料的密度和剩余极化随纤维体积分数V c 的变化呈近似线性关系。
V c 为85%时123压电复合材料的ε3、tan δ、k p 、k t 及Q m 分别为638、1.74%、0.31、0.61及3.27,与PZT 25A 陶瓷相比较,123型压电复合材料厚度方向振动增强,机械品质因素明显降低。
关键词: 123压电复合材料; 环氧树脂; 压电性能; 铁电性能中图分类号: TB 332文献标志码: A 文章编号:167124431(2006)0620001203Preparation and Properties of Fine Scale 123PiezoelectricCeramic/Polymer CompositesX U L i ng 2f ang ,CH EN Wen ,ZHO U Ji ng ,L I J un(School of Materials Science and Technology ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China )Abstract : This paper reported the fabrication and properties of fine scale 123composites consisting of unidirectional ordered PZT 25A piezoelectric ceramic fibers with diameter of 250μm in a polymer matrix of epoxy resin E 244.SEM micrograph showed fine microstructures.And regular arrangement of fibers was observed.The composites with high ceramic volume fraction showed excellent ferroelectrics characteristics.As ceramic volume fraction was 85%,a high coupling coefficient (k t )of up to 0.61,a low mechanical quality factor (Q m )of 3.27and relative permittivity (ε3)of 638were detected.K ey w ords : piezoelectric composites ; epoxy resin ; piezoelectricity ; ferroelectricity收稿日期:2006202228.基金项目:国家自然科学基金(50402014).作者简介:徐玲芳(19772),女,博士.E 2mail :lindahbaa @123型压电复合材料具有优良的压电各向异性、高的机电耦合系数、大的压电常数且具有易与人体或水等轻负载及背衬匹配的声阻抗等特点,适合于医疗超声和无损检测换能器的要求[1]。
压电复合材料
简介：由压电陶瓷相和聚合物相组成的压电复合材料是本世纪70 年代发展起来的一种多用途功能复合材料。
由于柔性聚合物相的加入, 压电复合材料的密度( Q) 、声阻抗( Z ) 、介电常数( E) 都降低了; 而复合材料的优值( d hgh) 和机电耦合系数( k t)却提高了, 这使压电复合材料能在水听器、生物医学成像、无损检测、传感器等诸多方面被广泛地用作换能器。
作为水听器应用的压电材料要求有较大的静水压压电常数。
现阶段研究较多的是0- 3 型和1- 3 型, 其他类型的压电复合材料也有相应的研究研究历史：1972 年, 日本的北山- 中村试制了PVDF- BaTiO3 的柔性复合材料, 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合材料在水声中的应用, 并研制了1-3 型压电复合材料。
R E Newnham、D P Skinner、KA Klicker 、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。
80 年代初以后, 美国加州斯坦福大学的B A Auld、Y Wang 等人建立了PZT 柱周期排列的1 -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合材料的研究, 如澳大利亚的L W Chan 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Chitose Nakaya 等、英国的G Hayward 和R Hamilton 等人。
定义：在压电复合材料中,各相以0、1、2、3维的方式连通,如果复合材料由两相构成,则存在10种连通方式,即0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、1-2、1-3、2-2、2-3、3-3型。
压电复合材料
压电复合材料
压电复合材料是一种具有压电效应的材料，它能够在受到外力作用时产生电荷，同时也可以在施加电场时发生形变。
这种材料在诸多领域有着广泛的应用，比如声波传感器、超声波换能器、压电马达等。
本文将对压电复合材料的特性、制备方法以及应用领域进行介绍。
首先，压电复合材料的特性是非常重要的。
它具有良好的压电效应和机械性能，能够在外界作用下产生电荷并且具有较高的灵敏度。
此外，压电复合材料还具有优异的耐热性和耐腐蚀性，能够在恶劣环境下工作。
这些特性使得压电复合材料在各种工程领域中得到了广泛的应用。
其次，压电复合材料的制备方法有多种多样。
常见的制备方法包括溶液浸渍法、溶胶-凝胶法、热压法等。
其中，溶液浸渍法是将压电陶瓷颗粒浸渍在聚合物基体中，形成复合材料。
而溶胶-凝胶法则是通过溶胶和凝胶的转化过程来制备复合材料。
这些制备方法各有特点，可以根据具体需求选择合适的方法。
最后，压电复合材料在各个领域都有着重要的应用。
在声波传感器中，它可以
将声波转化为电信号，实现声音的检测和测量。
在超声波换能器中，它可以将电能和声能相互转换，广泛应用于医学超声诊断、清洗等领域。
此外，在压电马达中，它可以将电能转化为机械能，驱动设备运动。
这些应用领域的丰富多样性，充分展示了压电复合材料的重要性和价值。
总之，压电复合材料具有良好的特性和广泛的应用前景，对其进行深入研究和
开发具有重要意义。
希望本文对压电复合材料的特性、制备方法和应用领域有所帮助，也希望能够引起更多人对这一领域的关注和重视。
复合材料考试重点
1 复合材料定义复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。
2RMC（聚合物基复合材）中聚合物的主要作用是：把纤维粘接在一起；分配纤维间的荷载；保护纤维不受环境影响。
3 无机凝胶材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。
4 复合材料的增强体作用：增加强度、改善性能5 界面是复合材料的特征6 颗粒尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好。
7 混合法则：纤维、基体对复合材料平均性能的贡献正比于它们各自的体积分数。
8 对于单向连续纤维增强复合材料弹性模量、抗张强度、泊松比、剪切强度等性能均符合混合法则9 平行于纤维方向称为“纵向”，垂直于纤维方向为“横向”。
10 忽略热膨胀系数、泊松比以及弹性变形差等引起的附加应力，认为整个材料的纵向应变是相同的。
11复合材料初始变形后的行为四个阶段1）纤维与基体均为线弹性变形；2）纤维继续线弹性变形，基体为非线性变形；3）纤维与基体都是非线性变形；4）随着纤维断裂，复合材料断裂12 金属基复合材料的第二阶段占比较大的比例，而脆性纤维复合材料未观察到第三阶段13 短纤维一般指长径比小于100的各种增强纤维。
14 复合材料的界面是指一层具有一定厚度（纳米以上）、结构随基体和增强体而异的、与基体有明显差别的新相15 复合材料的界面虽然很小，但它是有尺寸的，约几个纳米到几个微米，是一个区域，或一个带、一层，它的厚度呈不均匀分布状态16 在聚合物基复合材料的设计中：首先应考虑如何改善增强材料与基体间的浸润性；还要保证有适度的界面结合强度；同时还要减少复合材料成型中形成的残余应力；调节界面内应力和减缓应力集中17 碳纤维表面上涂覆（惰性涂层）和能与基体树脂发生反应或聚合的涂层，比较后发现，惰性涂层效果较好，活性涂层可能由于降低了相界面的浸润性而效果不良。
（浸润不良）将会在界面产生空隙，易产生应力集中而使复合材料发生开裂。
18 在复合材料成型过程中形成的（界面残余应力），会使界面传递应力的能力下降，最终导致复合材料的力学性能降低。
能量收集用1-3型压电复合材料
济性和在室温下操作的能力外，它还可以旋转超细和纳米级有机/无机纤维和 通过在衬底上直接制造压
电NF来简化测量过程
①
②
基本原理：
由于电场的作用，聚合物溶液表面会产生电荷。
进一步增加电场强度，是用来克服表面张力的静
电排斥力到达一个临界值，此时带电射流从
DC
Taylor锥尖喷射出来。带电后的聚合物射流经过
变下的的峰矮而宽；
➢ 在不同应力下感应的电荷总量是一样的，这 是由于在应变过程中几乎没有压电电荷损失。
没有探究PZT厚度及面积对感应电荷的影响。
THANKS FOR WATCHING
➢ 用于能量收集的复合材料应该优选地包 括具有低介电常数的聚合物基质中的低 体积分数的取向的压电纤维。
静电纺织法
压电纳米材料，尤其是柔性纳米纤维（NF）和纳米线（NW），由于其独特的特性（如轻质，柔韧性和 高机械强度），有利于开发小型化设备，如有机-无机复合柔性压电材料，因此受到广泛关注。
在各种NFs合成技术中，静电纺丝被认为是最有效的方法之一，因为它具有以下优点：除了通用性，经
1-3 composites for flexible piezoelectric generators
2019.6.20
压电复合物的d×g取决于许多参数，例如基质和填料的 介电常数，体压电电荷系数，极化效率，颗粒和纤维的纵 横比，以及颗粒间距离。
➢ 对于随机复合材料， d33×g33的值很小， 并且随填料体积分数单调缓慢增加。
随机样品中的取向因子（S）远低于垂直样品中测 量的值，但随机样品的电输出超过了从垂直样品 获得的电输出，因为沿弯曲方向取向的样品中的 变形PZT纤维的数量超过垂直样品的值。
在不同应变下的样品的电流及感应电荷: ➢ 电流分别为0.86 和 0.29 μA； ➢ 高应变下的电流跟感应电荷峰高而尖，低应
压电复合材料
压电复合材料
压电复合材料是一种能够将机械能转化为电能或者将电能转化为机械能的材料。
它具有压电效应，即在外加电场或者外加压力作用下，会产生位移或者电荷的现象。
这种材料在许多领域都有着广泛的应用，比如声波传感器、声波发生器、压电换能器等。
下面我们就来详细了解一下压电复合材料的特性和应用。
首先，压电复合材料具有较高的压电系数，能够在外加电场或者外加压力的作
用下产生较大的电荷或者位移。
这使得它在声波传感器和声波发生器中有着广泛的应用。
通过利用压电复合材料的压电效应，可以将声波转化为电信号或者将电信号转化为声波，从而实现声波的传感和发生。
其次，压电复合材料具有较好的机械性能，具有较高的强度和刚度。
这使得它
在压电换能器中有着重要的应用。
通过将压电复合材料置于外加压力下，可以产生电荷，从而实现电能到机械能的转化。
这种特性使得压电复合材料在能量采集和传感器领域有着广泛的应用。
此外，压电复合材料还具有较好的耐腐蚀性能和耐磨损性能，能够在恶劣环境
下长期稳定工作。
这使得它在航空航天、海洋工程和化工领域有着重要的应用。
通过利用压电复合材料的特性，可以制造出具有较好性能的传感器、换能器和执行器，从而实现对环境的监测、控制和作业。
总的来说，压电复合材料具有较好的压电效应、机械性能、耐腐蚀性能和耐磨
损性能，具有广泛的应用前景。
在未来的发展中，可以进一步改进其性能，拓展其应用领域，为人类社会的发展和进步做出更大的贡献。
希望本文能够对压电复合材料的了解有所帮助。
第六章 功能复合材料
压力－发光 电场－发光 （场致发光）
压电复合材料
• 压电陶瓷和聚合物基体按照一定的联接方 式、一定的体积比例和一定的空间几何分 布复合而成。
• 在电场的作用下，可以引起电介质中带电 粒子的相对位移而发生极化。但是，在某 些电介质晶体中，也可以通过纯粹的机械 作用(拉应力、压应力或切应力)而发生极化， 并导致介质两端表面内出现符号相反的束 缚电荷，其电荷密度与外力成比例。这种 由于机械力的作用而使电介质晶体产生极 化并形成表面荷电的效应，称为压电效应。 晶体的这一性质就叫压电性。
1-3型水泥基压电复合材料
• 1-3型水泥基压电复合材料是由一维的压电 陶瓷柱平行地排列于三维连通的水泥基体 中而构成的两相压电复合材料。这种复合 材料集中了各相材料的优点,互补了单相的 缺点,具有低声阻抗、高机电耦合系数和低 机械品质因数等优点,更重要的是通过调节 压电陶瓷柱的体积分数及形状参数便可使 复合材料的声阻抗与混凝土材料的声阻抗 相匹配,从而有效地解决智能材料在土木工 程中的相容性问题。
压电陶瓷弯曲变形器
压电陶瓷风扇和继电器
压电振动加速计
0-3型压电复合材料
• 由不连续的陶瓷颗粒分散于三维连通 的聚合体基体中形成的。 • 可以做成薄片、棒或线材。
• 浇注树脂是非常关键的步骤,为了使树脂与 PZT柱结合紧密,树脂与PZT柱的界面上不 能存在气孔,因为气孔的存在易使声波产生 全反射,而且会导致力的传递不连续。因此, 要求树脂的流动性好，固化时间长。
功能复合材料的主要类型
功能特征 磁功能 复合材料 主要类型 屏蔽复合材料 吸波复合材料 透波复合材料 聚合物基导电复合材料 本征导电聚合物材料 压电复合材料 陶瓷基导电复合材料 水泥基导电复合材料 金属基导电复合材料 导电纳米复合材料 超导复合材料 减少电磁波对信息 用途 系统的干扰、减弱 吸收或衰减入射的 柔韧磁体、磁记录 电磁波对人体健康 电磁波，使其因干 隐身材料 的损害。 涉而消失或将其电 雷达罩、天线罩 磁能转换为其他形 屏蔽 式的能量。 防静电、开关 压电传感器 高压绝缘 建筑物绝缘 高强、耐热导电材料 锂电池 医用核磁成像技术
功能复合材料-PPT
平行效应
显示这一效应的复合材料，它的各 组分材料在复合材料中，均保留本身 的作用，既无制约，也无补偿。
对于增强体（如纤维）与基体界 面结合很弱的复合材料，所显示的复 合效应，可以看作是平行效应。
相补效应
组成复合材料的基体与增强体，在性 能上相互补充，从而提高了综合性能，则 显示出相补效应。
另外，模仿生物体中的纤维和基体的 合理分布，通过数据库和计算机辅助设计 可望设计出性能优良的仿生功能材料。
2.1 磁性复合材料
磁性复合材料(Magnetic composite materials)是以高聚物或软金属为基体与磁 性材料复合而成的一类材料。
由于磁性材料有软磁和硬磁之分，因此 也有相应的软磁和硬磁复合材料。
下图显示了在1MHz高频下，复合材料 磁损耗与粉末颗粒尺寸D的关系。
从图中可看
出，粉末尺寸越
磁 损
小，损耗越低。 耗
因此，可以 通过调整磁性粉 末颗粒的尺寸来 调节损耗ＰL值。
PL/kW.m-3
磁粉粒度/ um 磁损耗与软磁粉粒度的关系
2.1.3 磁性记录与读出
记录声音和图像，然后将其读出(再生) 的过程，如下图所示。
很显然，与高密度的金属磁体或陶 瓷磁体(铁氧体)相比，复合磁体的优良加 工性能是以牺牲一部分磁性能为代价的。
非磁性基体及非磁性相的比例直接影响 到材料的饱和磁化强度及剩余磁化强度，它 可用下述关系式来表达：
Mr(Ms)[0(1)2]3f
Mr(Ms)[0(1)2]3f
其中，Mr为复合磁体的剩余磁化强度；Ms为磁 性组元的饱和磁化强度；为复合磁体密度； o为 磁性组元的理论密度；为复合物中的非磁性相的 体积分数；f为铁磁性相在外磁场方向的取向度。
第4讲先进复合材料-功能复合材料
摩擦复合材料
摩阻复合材料： 摩阻复合材料： 1）金属基摩阻复合材料：基体：Cu基和 基； 基和Fe基 ）金属基摩阻复合材料：基体： 基和 增摩剂和减摩剂 2）树脂基摩阻复合材料。 ）树脂基摩阻复合材料。 3）碳基摩阻复合材料。 ）碳基摩阻复合材料。
摩擦复合材料
碳基摩阻复合材料
碳/碳刹车片 碳刹车片
功能复合材料的优化设计
方法： 方法： 复合度 联接方式 对称性 尺度 周期性
功能复合材料的优化设计
1. 复合度 参与复合各组分的体积（质量） 参与复合各组分的体积（质量）分数和 布局结构
混和法则
功能复合材料的优化设计
2、联接方式 、 各组分在三维空间中相互联接的形式
几种联接组合示意图 (a)颗粒 基体；（ ）单向纤维 基体；（ ）片层复合；（ ）互穿网络 颗粒/基体；（b）单向纤维/基体；（c）片层复合；（ 基体；（ ；（d） 颗粒 基体；（
导电复合材料
5、金属基导电复合材料 、 目的：在不降低金属材料导电性能的基础上， 目的：在不降低金属材料导电性能的基础上，提 高强度和耐热性能 钢丝/铝 如：Al2O3/Cu; 钢丝 铝 6、超导复合材料 、 超导材料与Cu/Ag的复合体，提高稳定性。 的复合体， 超导材料与 的复合体 提高稳定性。 Nb-Ti/Cu; Nb3Sn/Cu（磁悬浮列车用材） （磁悬浮列车用材）
功能性复合材料
目录一、功能复合材料的设计原则 (3)二、功能复合材料的设计特点 (4)1）具有提高材料优值的广泛途径和自由度 (4)2）可利用复合效应创造新型复合功能材料 (5)三、复合型功能材料种类介绍 (5)1、压电复合材料 (5)1.1压电效应 (6)1.2压电复合材料研究概况 (7)1.3压电复合材料的制造方法 (8)1.4压电材料应用 (11)1.4.1换能器 (11)1.4.2压电驱动器 (12)1.4.3传感器上的应用 (12)1.4.4在机器人接近觉中的应用 (13)1.5.压电材料新应用 (14)1.5.1“人群农场”为火车站供电 (14)1.5.2发电地板 (15)1.5.3发电背包为便携式电子设备供电 (16)2、导电复合材料 (17)2.1、导电复合材料的及分类用途 (19)2.2、制备方法 (19)2.2.1填充型导电聚合物复合材料 (20)2.2.2金属纤维填充型导电复合材料 (20)2.3抗静电和导电领域 (22)2.4压敏导电胶 (23)2.5.发展趋势 (23)3、磁性复合材料 (24)3.1复合型磁性复合材料 (25)3.2磁性复合材料的种类 (26)3.3磁性复合材料的应用 (28)4、摩擦功能复合材料 (29)4.1纳米陶瓷摩擦复合材料分类 (30)5、阻尼功能复合材料 (33)5.1 阻尼材料的发展历史 (34)5.2 阻尼机理 (34)5.3 分类 (35)5.4 复合阻尼材料的研究现状 (35)5.5 展望 (37)6、机敏复合材料与智能复合材料 (37)7、自诊断机敏复合材料 (38)8、自愈合或自修复机敏复合材料 (38)9、智能复合材料 (39)9.1、智能复合材料的制备工艺方法 (39)9.1.1 粒子复合 (39)9.1.2 薄膜复合 (39)9.1.3 纳米级及分子复合 (40)功能性复合材料摘要随着经济的迅速发展，人们对材料的需求日益增加。
为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。
功能复合材料名词解释
功能复合材料名词解释
嘿，你知道啥是功能复合材料不？这可不是什么平平无奇的东西哦！功能复合材料啊，就好比是一个超级团队！里面的各种材料就像是团
队里的不同成员，各自有着独特的本事，组合在一起就能发挥出超级
强大的作用。
比如说碳纤维增强复合材料，那强度杠杠的，就像一个
大力士，能承担起巨大的压力呢！（想想那些坚固的飞机部件。
）还
有压电复合材料，能把机械能和电能相互转换，神奇吧，就如同一个
会变魔法的小精灵！（这不就像能把力量变成电的奇妙魔法嘛。
）再看看超导复合材料，在低温下能实现零电阻导电，哇塞，这简直
就是电流的高速公路啊！（就像一路畅通无阻的快速通道。
）这些功
能复合材料在各个领域都大显身手呢！在航空航天领域，它们让飞行
器更轻、更强；在电子领域，它们让设备更智能、更高效。
你说，功能复合材料是不是超级厉害？它们可不是简单的材料拼凑，而是经过精心设计和组合的杰作！就好像一个精心编排的舞蹈，每个
成员的动作都恰到好处，共同演绎出一场精彩绝伦的演出。
（这不就
和功能复合材料各显神通一样嘛。
）它们是科技进步的推动者，是未
来发展的重要力量。
所以啊，一定要好好认识和了解功能复合材料，
它们真的会给我们的生活带来巨大的改变和惊喜！
我的观点很明确，功能复合材料是具有非凡意义和价值的，它们在
现代科技和生活中扮演着不可或缺的角色，我们应该重视并不断探索
它们的更多可能性。
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3.3.2 压电功能复合材料的理论研究
理论研究非常活跃。 理论研究非常活跃。如，对含有空间定向埋 入相的压电复合材料的有效电弹性性能进行了分 析，提出了一个微观力学模型来估计压电功能复 合材料的的电、热和弹性性能， 合材料的的电、热和弹性性能，并将其用于研究 微观结构和性能的关系。 微观结构和性能的关系。
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3.2.3 其它类型的压电功能复合材料
1. 3-0型压电功能复合材料 型压电功能复合材料 压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 压电相是在三维方向上连通的，而基体相互之间不连通。 2. 3-1型和 型压电功能复合材料 型和3-2型压电功能复合材料 型和 压电相是三维连通的，而聚合物基体则仅在一维或两 压电相是三维连通的， 维连通。 维连通。 3. 3-3型压电功能复合材料 型压电功能复合材料 两相在三维方向都是自连通的，且可分为珊瑚复合 两相在三维方向都是自连通的， 有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。 型、有机烧去型、夹心型、梯形格式及烛光造孔型。
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降低聚合物泊松比， 降低聚合物泊松比，增强复合材料压电性能 的途径： 的途径： 发泡剂或玻璃球引入气孔， （1）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔， ）向聚合物相加入发泡剂或玻璃球引入气孔 可使制得的复合材料的水声性能有所改善； 可使制得的复合材料的水声性能有所改善； （2）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触， ）使压电陶瓷柱和周围聚合物相不直接接触， 应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。 应力传输通过兼做电极的两块金属板实现。 （3）通过横向增强的方法增加应力放大系数， ）通过横向增强的方法增加应力放大系数， 起到减小g 而不影响g 的作用， 起到减小 31而不影响 33的作用，从而使材料的 静水压压电系数得以提高。 静水压压电系数得以提高。
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3.2.2 1-3型压电功能复合材料 型压电功能复合材料
是指由一维连通的压电相平行地排列于三维 连通的聚合物中而构成的两相压电功能复合材料。 连通的聚合物中而构成的两相压电功能复合材料。 设计该构型的初衷是考虑到聚合物相比陶瓷相柔 软，可以有效传输应力，使应力的放大作用及外 可以有效传输应力， 加整体介电常数减小，从而实现压电系数 加整体介电常数减小，从而实现压电系数gh的增 聚合物的高泊松比产生的内应力减小了应力 加。聚合物的高泊松比产生的内应力减小了应力 放大系数，所以几乎所有1-3型压电功能复合材 放大系数，所以几乎所有 型压电功能复合材 料的压电系数不如所期望的高。 料的压电系数不如所期望的高。
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4. 对于不同陶瓷含量的 型复合材料，以及复合材料电子 对于不同陶瓷含量的1-3型复合材料， 型复合材料 阻抗谱和材料的横向效应进行了研究。 阻抗谱和材料的横向效应进行了研究。 5. 对于 对于PZT/硅橡胶的 型复合材料，以切割方式研究了不 硅橡胶的1-3型复合材料 硅橡胶的 型复合材料， 同体积含量的PZT和不同棒条大小的陶瓷的影响。发现 和不同棒条大小的陶瓷的影响。 同体积含量的 和不同棒条大小的陶瓷的影响 具有低弹性模量的高弹性体可提高g33和抑制谐振的径向 具有低弹性模量的高弹性体可提高 模式的振动。采用超声切割法制得的材料， 模式的振动。采用超声切割法制得的材料，其g33值较激 光切割法所得材料的要高。 光切割法所得材料的要高。 6. 研究了1-3型压电功能复合材料中压电相的取向方式的响 研究了 型压电功能复合材料中压电相的取向方式的响 应特性。 应特性。 7. 利用电场效应将 型复合材料转变为1-3型结构，即所谓 利用电场效应将0-3型复合材料转变为 型结构 型复合材料转变为 型结构， 的电介基效应。 的电介基效应。 型压电功能复合材料的研究主要集中在薄膜化方面。 对0-3型压电功能复合材料的研究主要集中在薄膜化方面。 型压电功能复合材料的研究主要集中在薄膜化方面
当实现三相复合， 当实现三相复合，即PZT＋PT／P，势 ＋ ／ ， 必会体现出两相系统所没有的性能， 必会体现出两相系统所没有的性能，这一方 向是目前复合压电材料的发展方向。 复合压电材料的发展方向 向是目前复合压电材料的发展方向。
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下面的关系图说明了这一方向的发展 PZT P PT
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1. 极化较难是由于压电填充相上的极化电场强度远小于外 加极化电场强度。 加极化电场强度。 2. 选择压电相需要考虑的一个重要参数是材料的长径比 。 选择压电相需要考虑的一个重要参数是材料的长径比c/a。 c/a大的压电相可以获得大的自发应变。 大的压电相可以获得大的自发应变。 大的压电相可以获得大的自发应变 3. 材料性能还与复合的制备方法有密切关系。用化学方法 材料性能还与复合的制备方法有密切关系。 制备的高纯、均匀的复合材料对于改善性能有显著作用。 制备的高纯、均匀的复合材料对于改善性能有显著作用。 制备0-3型复合材料的简单工艺流程： 制备 型复合材料的简单工艺流程： 型复合材料的简单工艺流程 混料 硫化（固化） 硫化（固化） 上电极 极化
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3.2.1 0-3型压电功能复合材料 型压电功能复合材料
是由不连续的陶瓷颗粒（0维）分散于三维连 是由不连续的陶瓷颗粒（ 维 通的聚合物基体中形成的。适应性强， 通的聚合物基体中形成的。适应性强，可做成薄 线材及各种复杂形状；但较难极化， 片、棒、线材及各种复杂形状；但较难极化，且 性能易受工艺影响。 性能易受工艺影响。 Gururaja等对 型压电复合材料极化问题、 等对0-3型压电复合材料极化问题、 等对 型压电复合材料极化问题 压电相的选择及制备方法进行了详述。 压电相的选择及制备方法进行了详述。
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这两大复合材料各有优缺点： 这两大复合材料各有优缺点： 其中，PZT／ 中的PZT压电活性大， 压电活性大 其中，PZT／P中的 压电活性 但其压电活性小，但其各向 PT／ 的压电活性小 但其各向 异性大 异性大。
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聚合物为例， 以PZT/聚合物为例，其水声品质因子 h 聚合物为例 其水声品质因子g dh 值提高 倍(gh为压电体的压电系数；dh为 值提高l~3倍 为压电体的压电系数 压电系数； 压电体的电荷系数 。 压电体的电荷系数)。 电荷系数 此外，复合材料使加工性能 以及与水 加工性能， 此外，复合材料使加工性能，以及与水 的匹配性也大为改善。 的匹配性也大为改善。 也大为改善
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例如： 例如： 锆钛酸铅(PZT)和聚合物 ，即PZT／P； 和聚合物(P)， 锆钛酸铅 和聚合物 ／ ； 钛酸铅(PT)和聚合物 ，即PT／P； 和聚合物(P)， 钛酸铅 和聚合物 ／ ； 两大二元系复合材料的再复合 二元系复合材料的再复合。 两大二元系复合材料的再复合。
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3.4 压电功能复合材料的应用
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压电复合材料是将压电陶瓷相 压电复合材料是将压电陶瓷相和聚合 是将压电陶瓷相和 按一定连通方式 体积/重量 物相按一定连通方式，一定的体积 重量， 物相按一定连通方式，一定的体积 重量， 及一定的空间分布制作而成，它可以成倍 及一定的空间分布制作而成，它可以成倍 空间分布制作而成 提高材料的压电性能。 地提高材料的压电性能。
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为了从本质上极大地提高材料的压电 为了从本质上极大地提高材料的压电 进一步复合向 性能， 二元复合材料进一步复合 性能，将二元复合材料进一步复合向三元 或更多元方向发展，可望获得更为优异的 或更多元方向发展，可望获得更为优异的 发展 压电复合材料。 压电复合材料。
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压电材料可以分为下面五类： 压电材料可以分为下面五类： 可以分为下面五类 (1)单晶材料，如石英、磷酸盐等； 单晶材料， 单晶材料 如石英、磷酸盐等； (2)陶瓷材料，如锆钛酸铅(PZT)、钛酸铅等； 陶瓷材料， 陶瓷材料 如锆钛酸铅 、钛酸铅等； (3)高分子聚合物，如聚氯乙烯等； 高分子聚合物， 高分子聚合物 如聚氯乙烯等； (4)复合材料，如PZT/聚合物等； 复合材料， 复合材料 聚合物等； 聚合物等 玻璃陶瓷， (5)玻璃陶瓷，如SrTiO3等。 玻璃陶瓷
PZT/ P
PT/ P
PZT+P/ P
压电复合材料的发展
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3. 2 压电复合材料的性能及制备方法
Newnham等在 等在1978年首先提出了压电 等在 年首先提出了压电 功能复合材料中各相“联结方式”的概念， 功能复合材料中各相“联结方式”的概念， 即各相材料在空间分布的自身联通方式， 即各相材料在空间分布的自身联通方式，它 决定着压电功能复合材料的电场通路和应用 分布形式。 分布形式。
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3.3 压电功能复合材料的研究进展 3.3.1 常规压电功能复合材料的研究进展
目前研究最多的1-3型压电功能复合材料研究进展： 目前研究最多的 型压电功能复合材料研究进展： 型压电功能复合材料研究进展 1. 用X射线深度刻蚀照版法制得 射线深度刻蚀照版法制得PZT棒状，然后制成 型 棒状， 射线深度刻蚀照版法制得 棒状 然后制成1-3型 复合材料，具有很好的压电效应。 复合材料，具有很好的压电效应。 2. 用于宽带声发生器填充 用于宽带声发生器填充PZT的1-3型压电功能复合材料， 的 型压电功能复合材料 型压电功能复合材料， 采用“共振分散设计” 采用“共振分散设计”。 3. 研究了以 研究了以PZT为填充相的 型压电功能复合材料的振动 为填充相的1-3型压电功能复合材料的振动 为填充相的 特性。 特性。