《电致伸缩》PPT课件
电致、磁致伸缩材料功能及应用
二谈电致、磁致伸缩材料功能及应用一、电致伸缩材料在外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变，称为电致伸缩。
这种效应是由电场中电介质的极化所引起，并可以发生在所有的电介质中。
其特征是应变的正负与外电场方向无关。
在压电体中（见压电性），外电场还可以引起另一种类型的应变；其大小与场强成比例，当外场反向时应变正负亦反号。
后者是压电效应的逆效应，不是电致伸缩。
外电场所引起的压电体的总应变为逆压电效应与电致伸缩效应之和。
对于非压电体，外电场只引起电致伸缩应变。
电介质在电场作用下发生弹性形变的现象。
是压电效应的逆效应。
因电介质分子在电场中发生极化，沿电场方向排列的分子相互吸引而引起。
当场强大小发生周期性变化时，能引起材料沿电场方向发生振动。
若在电介质材料(如钛酸钡等)两端所加交变电压的频率与材料的固有频率相同时，材料将发生共振。
（1）电致伸缩效应与压电效应电致伸缩效应也是一种基本的机—电耦合效应，但是对它的实研究开展得较迟，因为电致伸缩是个二次效应，通常由其产生的形变非常小，给实验带来了困难，因此人们对它不太熟悉。
众所周知，电介质晶体在外电场作用下应变与电场的一般关系式=⋅+⋅⋅式中，第一项表示逆压电效应;d为压电系为: S d E M E E数，第二项表示电致伸缩效应;M为电极伸缩系数，它是由电场诱导极化而引起的形变与电场平方成正比。
逆压电效应仅在无对称中心晶体中才有;而电致伸缩效应则为所有电介质晶体都有，不过一般说来它是很微弱的。
压电单晶如石英、罗息盐等它们的压电系数比电致伸缩系数大几个数量级，结果在低于IMV/m的电场作用下只看到第一项的作用，即表现为压电效应。
在一般铁电陶瓷中，电致伸缩系数比压电系数大，在没有极化前虽然单个晶粒具有自发极化但它们总体不表现净的压电性。
在极化过程中净的极化强度被冻结(即剩余极化)并产生一个很强的内电场，如BaTIO。
陶瓷净的剩余极化产生一个27MV/m的内电场，这样高的内电场起了电致伸缩效应的偏压作用，因此极化后陶瓷在弱外电场作用下产生宏观线性压电效应。
磁致伸缩材料的应用课件PPT
场影响，导致宏观尺度上材料的形变。
磁致伸缩的微观机制
02
包括电子自旋磁矩的重新排列、原子或分子的振动和位移等。
磁致伸缩与温度的关系
03
磁致伸缩材料的性能受温度影响，不同温度下表现出不同的磁
致伸缩效应。
磁致伸缩材料的性能参数
磁致伸缩系数
衡量磁致伸缩效应的重要参数，不同材料具有不 同的磁致伸缩系数。
居里点
历史与发展
历史
磁致伸缩材料的研究始于19世纪，早 期主要应用于声纳、水声等领域。随 着科技的发展，磁致伸缩材料在能源、 航空航天、精密仪器等领域的应用逐 渐增多。
发展
近年来，随着环保意识的提高和新能 源技术的不断发展，磁致伸缩材料在 节能减排、振动控制、智能传感器等 领域的应用前景越来越广阔。
分类与结构
振动控制
减震器
磁致伸缩材料可以用于制造减震器，通过控制磁场强度来调节减震器的阻尼力，从而有 效抑制结构振动和噪音。
振动隔离器
利用磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应，可以实现主动振动隔离，提高设备的稳定性和可 靠性。
精密测量
磁场传感器
磁致伸缩材料可以用于制造高灵敏度的 磁场传感器，用于测量磁场强度和方向 ，广泛应用于物理、生物医学和地质等 领域。
分类
磁致伸缩材料主要分为金属型和复合型两类。金属型磁致伸缩材料主要包括镍、铁、钴等合金，复合型磁致伸缩 材料则是由铁磁颗粒与非磁性基体复合而成。
结构
磁致伸缩材料的微观结构对其性能具有重要影响。金属型磁致伸缩材料的晶体结构、相变温度、晶粒大小等都会 影响其磁致伸缩性能。而复合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ磁致伸缩材料的颗粒大小、颗粒分布、基体相的物理性质等也会对其性能产生影 响。
电致伸缩 17_070125103029
wangcl@ 9
E 'm f (P)
假设极化强度与电场可以表示为：
1 1 E3 A2 P3 A4 P33 2 4 )
则薄长片的焓H（T1，P3）为，
1 P 2 1 1 2 2 H(T1 , P3 ) s11T1 Q13T1 P3 ( A 2 P3 A 4 P34 ) 2 2 4
wangcl@ 8
H 相应的热力学关系为：S1 T 1 P1
H E3 P 3 T1
其中焓H为 H U Ti Si E m Pm
i 1 m 1
6
3
对于薄长片的焓H（T1，P3）为，
wangcl@ 5
因为铁电体中的机电转换过程进行的很快， 它来不及与外界交换热量，所以可认为机 电转换过程是一个绝热过程。这就是说铁 电体中各种常数的测量，都是在绝热条件 下进行的。
wangcl@
6
再结合边界条件，通常选熵，应力T和极 化强度P为独立变量（或以、T、E为独立 变量）比较方便，相应的热力学函数为焓 H。 这就是为什么讨论铁电体中的机电行为时， 所用的热力学函数是焓H（、T、P），而 不是自由能F（、T、P）的原因。
如果选（S，P）为独立变量，则薄长片的 电致伸缩方程为：
P T3 c33 S3 q 33P32
S E 3 2q 33S3P3 33 (P)P3
其中：c33P是极化强度P为常数（或零）时 的弹性刚度常数，q33为电致伸缩系数。
S 33 ( P )
S 1 / 为夹住（持）等效极化率倒数 33 (P)
wangcl@
3
压电效应可以用压电方程来描写，同样， 铁电体的电致伸缩效应也可以用电致伸缩 方程来描写。 其次经过极化后的铁电体，体内存在剩余 极化强度（这个剩余极化强度的作用相当 于在铁电体上作用一个直流偏压）。
压电材料分类和电致伸缩性质讲解
•
（7.9） d S T 2 G 2 X ,Ed T T 2 G X i EX i T 2 G E m XE m
• 引入
• （7.10） X i2 G EmTE m 2 G XiT E xm i T ,X DXmi
T ,E
dmTi
E m 2 G T X T 2 G E m X D T m X ,E E S m T ,X p m X
电场附近作泰勒展开，取近似只保留一次项
•
xi x T i X,EdT X xij T,EXj E xm i T,XE m
（7.4）
• •
D m D T m X,EdT D X m i T,EX i D E m n T,XE n
（7.5）
•
dS T S X,EdT X Si T,EX i E S m T,XE m（7.6）
• 虽然电致伸缩效应通常很弱，但在某些铁电体中 稍高于居里点时却相当强，而且铁电相压电常量 与电致伸缩系数有关，因此，研究电致伸缩也有 实用和理论两方面的意义。
§ 7．1 压电效应
7.1.1 线性状态方程和线性响应系数 • 处理电介质平衡性质的基本理论是线性
理论。该理论成立的条件是系统的状态 相对其初始态的偏离较小，在特征函数 对独立变量的展开式中可忽略二次以上 的高次项，而在热力学量对独立变量的 展开式中可以只取线性项。
• 考虑以温度T、应力X和电场E为独立变量时，相应 特征函数为吉布斯自由能G。
• 假设温度、应力和电场分别发生小变化dT、dX和
dE，且初始态应力和电场为零，故dX=X，dE＝E。
这些变化足够小时，可用泰勒级数展开G，只取到
二次项
G
G0
G T
dT
G X i
光致电致伸缩效应原理
光致电致伸缩效应原理
光致电致伸缩效应原理是指在照射光的情况下，可以使某些材料发生形变的现象。
这种现象也被称为光致变形或光致运动。
步骤一、光致电致伸缩现象的理论基础
光致电致伸缩效应的理论基础之一是光致效应。
光致效应是指在光的照射下，某些材料的物理性质发生变化。
比如说，照射光线的能量可以使得某些材料的电阻、磁性等物理性质发生变化。
另一个理论基础是电致效应。
电致效应是指施加电场可以使得某些材料发生形变的现象。
步骤二、光致电致伸缩的机理
光致电致伸缩效应的机理是电磁能量的相互作用。
光线的能量可以激发材料内部的电子，使得电子在材料内部发生移动。
当一些材料在光线照射下发生电荷分布变化时，也就会发生形变或者运动。
步骤三、实际应用
光致电致伸缩效应广泛应用于激光技术、光电子学、精密机械设计等领域。
比如说，利用光致电致伸缩效应可以制造微型机械器件，通过微机械的运动实现微型机器人的运作。
光致电致伸缩技术还可以用于制造光学器件、光加工等。
总结：光致电致伸缩效应的研究是未来新材料研究的重要方向，它不仅为新的光电子信息技术提供了可能，而且对构建智能材料和器件、开发高效能功能材料很有意义。
电致和磁致伸缩材料的功能
电致和磁致伸缩材料的功能1 电致材料1.1 电致伸缩效应电致伸缩效应是一种机电祸合效应它是指当外电场作用于电介质上时, 所产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关, 所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应。
1.2 电致伸缩材料电致伸缩效应在一切固体电介质中都有, 但其大小不同因为应变正比于介电常数的平方, 所以铁电体在其相变温度附近应该有较大的应变从应用上看, 要求加一个不太强的电场, 能够产生足够大的应变, 而且应变与电场的关系没有滞后, 重复性好, 同时还要求温度效应小为此, 应该选择介电常数大并属于扩散相变的材料此外还要求平均居里温度在室温以下, 接近室温, 扩散区较长目前, 大部分铁电体及一些非铁电体如石英、碱卤晶体等材料的电致伸缩系数都已经测量到了，已经发现电致伸缩效应显著的材料有：铌镁酸铅一钦酸铅固溶体（PMN-PT）,铌镁酸铅一钦酸铅一铌锌酸钡固溶体（PMN-PT-BNZ）,掺钡的错钦酸铅(Ba2PZT),掺翻的锆酸铅（La2PZT）。
1.3 电致伸缩材料的发展方向一、多元化压电陶瓷按其所组成的固溶体的化合物成分构成可分为一元系压电陶瓷, 如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)和偏铌酸铅(Pb(NbO3)2)等;二元系压电陶瓷, 如目前使用最多的锆钛酸铅(xPbZrO3-(1- x )PbTiO3或Pb(Zr x Ti1-x O3)),这是目前使用最为广泛的PZT 系列压电陶瓷;三元系及多元系压电陶瓷,通常是在具有钙钛矿型结构的PZT二元系中再加入第三种或第四种化学通式为ABO3型化合物而形成三元系或多元系固溶体,以获得所需要的宽性能调节范围, 得到不同性能参数的压电陶瓷,以满足不同的市场需求。
与PZT 压电陶瓷相比,三元系或多元系压电陶瓷的烧结性能良好,不但烧成温度范围宽,而且PbO 挥发也少,陶瓷的工艺重现性好,易获得气孔率少的致密陶瓷体,可获得具有高机械强度和电气性能, 及在某些方面有显著特点的压电陶瓷。
电致伸缩和磁致伸缩
电致伸缩和磁致伸缩一、电致伸缩技术电致伸缩是一种通过施加电场来实现材料伸缩变形的技术。
它基于智能材料的电致变形效应，根据不同的电场强度和极性来调控材料的伸缩行为。
常见的电致伸缩材料包括压电材料、电致伸缩液晶和电致伸缩高分子等。
1.1 压电材料压电材料是最早被发现具有电致变形效应的材料之一，具有压电效应的材料在施加电场后会发生形变。
这种形变可以是线性的、非线性的或者是复合的，取决于材料的结构和电场的作用方式。
压电材料被广泛应用于超声波换能器、声波滤波器和伺服阀等领域。
1.2 电致伸缩液晶电致伸缩液晶是一种利用电场调控液晶分子排列以实现材料伸缩变形的技术。
通过改变电场的强度和方向，可以实现液晶分子的有序排列或者无序排列，从而引起液晶体的伸缩变形。
电致伸缩液晶在显示技术、光学调制和光学变焦等领域有着广泛的应用。
1.3 电致伸缩高分子电致伸缩高分子是一种能够在电场作用下实现形变的聚合物材料。
通过在高分子链上引入电活性基团或者电荷基团，可以实现高分子材料的电致变形。
电致伸缩高分子被广泛应用于人工肌肉、可穿戴设备和智能结构等领域。
二、磁致伸缩技术磁致伸缩是一种利用磁场来实现材料伸缩变形的技术。
它基于智能材料的磁致变形效应，根据不同的磁场强度和方向来控制材料的伸缩行为。
常见的磁致伸缩材料包括磁形记忆合金、磁流变流体和磁致伸缩复合材料等。
2.1 磁形记忆合金磁形记忆合金是一种具有磁致变形效应的智能材料，能够在磁场的作用下发生形变。
磁形记忆合金通常由镍、钴和铁等元素组成，在不同的磁场强度和方向下会产生不同的形变效应。
磁形记忆合金在医疗器械、航空航天和汽车工程等领域有着广泛的应用。
2.2 磁流变流体磁流变流体是一种能够在磁场的作用下改变流变性质的智能材料，通常由磁性粒子和悬浮介质组成。
通过改变磁场的强度和方向，可以调节磁流变流体的粘度和流动性，从而实现材料的伸缩变形。
磁流变流体被广泛应用于减震器、密封件和振动控制系统等领域。
新型电致伸缩材料及应用
新型电致伸缩材料及应用随着科技的不断发展，材料科学也在不断地进步和创新。
其中，电致伸缩材料是一类独特的材料，在各个领域得到广泛应用。
电致伸缩材料是指在电场作用下，能够发生显著的尺寸变化的材料。
其具有优异的机械性能、化学稳定性和电性能，因此被广泛应用于传感器、执行器、微机电系统（MEMS）、智能材料、光学器件等领域。
电致伸缩材料的种类很多，其中最常见的是压电材料、电致发光材料、电致变色材料和电致相变材料。
压电材料是指在电场作用下，产生机械变形的材料。
电致发光材料是指在电场作用下，产生发光现象的材料。
电致变色材料是指在电场作用下，发生颜色变化的材料。
电致相变材料是指在电场作用下，发生相变的材料。
这些材料在不同的领域和应用中发挥着重要的作用。
压电材料是电致伸缩材料中最常见的一种。
它们具有良好的机械性能和电性能，并且能够把电能转化为机械能。
因此，压电材料被广泛应用于传感器、执行器、声波器件等领域。
例如，压电陶瓷材料能够将电信号转化为机械运动，被广泛应用于超声波探测、医疗器械、航空航天等领域。
此外，压电聚合物材料也具有良好的机械性能和电性能，被广泛应用于电致变形、电致发光等领域。
电致发光材料是指在电场作用下，产生发光现象的材料。
这种材料被广泛应用于光电器件、显示器、照明器具等领域。
例如，有机电致发光材料是一种新型的发光材料，具有高效率、高亮度、低成本等优点，因此被广泛应用于平板显示器、光纤通信、照明等领域。
此外，无机电致发光材料也被广泛应用于LED、荧光体等领域。
电致变色材料是指在电场作用下，发生颜色变化的材料。
这种材料被广泛应用于光学器件、光学存储器、光学开关等领域。
例如，电致变色液晶材料是一种新型的光学材料，具有优异的光学性能和电性能，被广泛应用于平面显示器、光学存储器等领域。
此外，电致变色聚合物材料也被广泛应用于光学开关、光学传感器等领域。
电致相变材料是指在电场作用下，发生相变的材料。
这种材料被广泛应用于存储器、热控制器、温度传感器等领域。
电致伸缩材料
电致伸缩材料电致伸缩材料是一种能够在外加电场作用下发生形变的智能材料，具有广泛的应用前景。
它可以在电场的作用下实现形变，具有快速响应、高效能转换、轻质化等优点，因此在柔性电子、智能结构、生物医学器械等领域具有重要的应用价值。
本文将介绍电致伸缩材料的原理、特点及应用前景。
电致伸缩材料的原理是基于电场作用下的形变效应。
通常情况下，电致伸缩材料由两种或两种以上的材料组成，当外加电场作用时，材料内部会发生电荷分布的变化，从而引起材料的形变。
这种形变可以是线性的伸长或收缩，也可以是非线性的扭转或弯曲，具体形变效应取决于材料的结构和电场的作用方式。
电致伸缩材料具有快速响应的特点，当外加电场施加或撤离时，材料能够迅速实现形变，响应速度快，具有良好的实时性。
同时，电致伸缩材料的能量转换效率高，能够将电能转化为机械能，实现能量的有效利用。
此外，由于电致伸缩材料通常采用轻质化材料制备而成，因此具有良好的轻质化特性，适用于轻量化设计的需求。
电致伸缩材料在柔性电子领域具有广泛的应用前景。
例如，可将其应用于柔性电子设备的致动器和传感器中，实现设备的柔性化和智能化。
另外，在智能结构领域，电致伸缩材料可用于智能材料的制备，实现结构的形变和控制。
而在生物医学器械领域，电致伸缩材料也能够用于人工肌肉和人工器官的制备，为医疗健康领域带来新的发展机遇。
综上所述，电致伸缩材料作为一种智能材料，具有快速响应、高效能转换、轻质化等优点，具有广泛的应用前景。
在未来的发展中，电致伸缩材料将在柔性电子、智能结构、生物医学器械等领域发挥重要作用，为相关领域的发展带来新的机遇和挑战。
希望本文的介绍能够为读者对电致伸缩材料有更深入的了解，并为相关领域的研究和应用提供一定的参考价值。
《磁致伸缩原理》课件
这个PPT课件将向您介绍磁致伸缩原理，包括其描述、应用、结构、制备技 术，以及研究现状和发展趋势。
磁致伸缩效应的描述
磁致伸缩效应是指当一种材料处于磁场中时，其尺寸会发生变化的现象。这种效应是由材料内部的微观 磁结构的改变引起的。
磁致伸缩效应的应用
磁致伸缩效应具有广泛的应用领域。它可以用于制造精密仪器和传感器、调节和控制设备、以及开发新 型的机械和电子元件。
目前，磁致伸缩元件的研究正在不断发展。研究人员正在致力于提高元件的 灵敏度、稳定性和可靠性，并探索更多新的应用领域。
结论
磁致伸缩原理是一项重要的科学发现，其应用潜力巨大。随着研究的深入和 技术的进步，磁致伸缩元件将在更多领域缩元件通常由磁性材料和弹性材料组成。磁性材料的磁性可以通过外部磁场来控制，从而改变元 件的尺寸。
磁致伸缩元件的制备及关键技 术
制备磁致伸缩元件的关键技术包括合金的选择和合金热处理，以及元件的加 工和装配技术。这些技术的发展对提高元件的性能至关重要。
磁致伸缩元件的研究现状和发 展趋势
磁致伸缩式电子水尺(太原尚水测控科技)PPT课件
02
产品介绍
产品特点
高精度测量
采用磁致伸缩技术，实 现水位测量的高精度和
高稳定性。
远程数据传输
通过无线通讯模块，实 时将测量数据传输至远
程监控中心。
抗干扰能力强
针对复杂环境下的电磁 干扰，采用特殊材料和 电路设计，确保测量准
确性。
安装简便
结构紧凑，易于安装和 维护，降低运营成本。
市场前景
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，磁致伸缩式电子 水尺的市场前景广阔。未来市场需求将继续保持增长，同 时产品性能和功能也将不断升级和完善。
太原尚水测控科技在市场上的发展潜力较大，通过不断提 升产品品质和服务质量，有望在市场竞争中取得更大的优 势和市场份额。
05
案例分享
成功案例一
01
客户名称：某水利部门
项目背景
该污水处理厂需要一种高效的水位监 测设备，用于监测污水池的水位。
解决方案
采用磁致伸缩式电子水尺，能够实时 监测污水池的水位，并自动控制水泵 的运行。
实施效果
该设备提高了污水处理的效率，减少 了人工巡检的频率，降低了运营成本。
成功案例三
客户名称：某灌溉工程
解决方案：采用磁致伸缩式电子水尺，能够实时监测灌 溉渠道的水位，并自动控制灌溉泵的启停。
抗干扰能力强等优点。
产品应用领域
广泛应用于水利、环保、农业、气 象等领域，为水资源管理、防洪抗 旱、农田灌溉、气象观测等提供重 要的数据支持。
产品优势
产品精度高、稳定性好、寿命长， 可满足不同领域客户的需求，并且 提供完善的售后服务和技术支持。
市场总结
市场需求
随着国家对水资源管理和环境保 护的重视程度不断提高，磁致伸 缩式电子水尺市场需求不断增长 ，市场前景广阔。
电致伸缩原理
电致伸缩原理嘿，你有没有想过，在我们看不见的微观世界里，有些材料就像拥有魔法一样，只要给它们通上电，就能发生奇妙的变化？今天呀，我就来给你讲讲这个超级有趣的电致伸缩原理。
我有个朋友叫小李，他是个科技迷。
有一次我们在聊天的时候，他就像发现新大陆一样跟我说：“你知道吗？有些材料通电之后会伸长或者缩短呢！”我当时就瞪大了眼睛，觉得这简直太不可思议了。
“啥？材料还能像小机器人一样听电的话，变长变短？”小李看着我那惊讶的样子，笑着说：“这就是电致伸缩呀，可神奇了。
”那这电致伸缩到底是怎么一回事呢？其实呀，从微观的角度来看，材料是由好多好多小单元组成的，就像一个个小小的积木块搭成了一个大房子。
这些小单元呢，可能是原子、离子或者分子。
当我们给这种具有电致伸缩性质的材料通电的时候，就相当于给这些小单元注入了一股力量。
想象一下，这些小单元就像一群小小的士兵。
在没有通电的时候，他们就按照自己原来的队形站着。
可是一旦通电了，就好像指挥官下达了一个特殊的命令，这些小士兵们就开始调整自己的位置。
这种位置的调整可不是乱调的，而是有规律的。
比如说，在某些晶体材料里，里面的离子就像一个个带电的小球。
通电之后，由于电场的作用，这些带电小球之间的相互作用力就发生了变化。
有的离子可能被吸引得更紧了，有的可能被推得稍微远一点。
这一紧一松的变化，反映在宏观上，就是材料的伸长或者缩短。
这就好比是我们拉一个弹簧，如果两边的拉力变了，弹簧的长度就会跟着变，只不过电致伸缩比这个要复杂得多，也神奇得多。
还有一种情况呢，在一些聚合物材料中，分子链就像长长的绳子。
平时这些分子链是杂乱地缠绕在一起的。
当通上电之后，电场就像一只无形的手，开始整理这些分子链。
分子链顺着电场的方向开始排列得更加整齐，这一排列的过程也会让材料的形状发生改变，可能就会变长或者变短。
这多像我们整理一团乱麻呀，只不过这团乱麻是在电场这个神奇的力量下自动整理的。
那电致伸缩有啥用呢？我又跟另一个搞工程的朋友老张聊起这个事儿。
(2024年)智能材料PPT课件
自组装技术利用分子间的相互作用力，使分子自发地组装成具有特 定结构和功能的智能材料。
仿生制备技术
仿生制备技术借鉴自然界中的生物结构和功能，通过模仿生物的结构 和功能来制备智能材料。
2024/3/26
16
04
CATALOGUE
智能材料在传感器中的应用
2024/3/26
17
应变传感器
应变材料的特性
3
定义与发展历程
2024/3/26
定义
智能材料是一种能够感知、响应 并适应环境变化的功能材料，具 有自感知、自驱动、自适应等特 性。
发展历程
智能材料起源于20世纪80年代， 经历了从单一功能到多功能、从 简单响应到复杂自适应的发展历 程。
4
分类及应用领域
分类
根据功能特性，智能材料可分为传感 型、驱动型、自适应型等类型。
应用领域
微纳机器人、生物医学、光电子学等。
26
06
CATALOGUE
智能材料在能源领域的应用
2024/3/26
27
太阳能电池板材料
2024/3/26
晶体硅材料
具有高转换效率和稳定性，是当前主流太阳能电池板材料 。
薄膜太阳能材料
轻便、柔性好，可应用于可穿戴设备和移动能源领域。
多结太阳能电池材料
利用不同光谱吸收特性，提高太阳能利用率。
2024/3/26
6
02
CATALOGUE
智能材料的特性与功能
2024/3/26
7
感知功能
01
02
03
传感器功能
智能材料能够感知外部环 境的变化，如温度、压力 、湿度等，并将这些变化 转化为可测量的电信号。
《电致伸缩》课件
# 电致伸缩PPT课件
什么是电致伸缩？
- 通过电刺激和材料反应实现形状变化的新兴技术。 - 使用电致伸缩材料，能够产生控制形状、尺寸和弯曲程度的效果。 - 电致伸缩材料的种类包括聚合物、陶瓷和金属合金等。电致伸Leabharlann 的应用领域智能材料方面的应用
在可穿戴设备、智能家居和 柔性电子等领域有广泛应用。
电致伸缩的优点和缺点
1 优点
快速响应、可重复使用、用电控制方便。
2 缺点
受限的形变范围、能量消耗较大、一些材料易老化。
案例分析
1
案例介绍
使用电致伸缩技术制作柔性电子皮肤，
案例的实验步骤
2
模拟皮肤的触觉感知。
制备电致伸缩材料、设计电路连接和测
试材料性能。
3
案例的结果和分析
成功制作出具有触觉感知功能的柔性电 子皮肤原型。
医疗领域的应用
可用于手术器械、人工肌肉 和智能假肢等医疗设备的制 造。
电机领域的应用
可用于电机的控制和纳米级 精确定位等领域。
电致伸缩的未来发展趋势
技术应用人员及研究人员的需求
未来需求将增加，促使更多人投入电致伸缩领域的 研究和开发。
电致伸缩技术未来的发展趋势
更高的响应速度、更大的形变范围以及更广泛的应 用领域。
总结
电致伸缩的意义和价值
为科学研究和工程应用提供了全新的材料和技术平 台。
研究电致伸缩应用的重要性
为进一步推动电致伸缩技术的发展和创新提供重要 支持。
参考文献
1 相关研究文章
《电致伸缩材料的开发与 应用》
2 相关专业书籍
《电致伸缩技术导论》
3 相关会议论文
《电致伸缩材料在智能电 子领域的应用研究》
电致伸缩
实验压电陶瓷的电致伸缩系数的测量迈克尔逊干涉仪是一种用分振幅方法产生双光束，以实现干涉的仪器，它在近代物理和计量技术中有着广泛的应用，YJ-MDZ-II压电陶瓷电致伸缩实验仪利用了迈克尔逊干涉仪的原理, 测定压电陶瓷的电致伸缩系数。
1实验目的（1）了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法；（2）观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象；（3）利用电致伸缩实验仪观察研究压电陶瓷的电致伸缩现象，测定压电陶瓷的电致伸缩系数。
2实验仪器YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪。
3仪器介绍YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪由机械台面、半导体激光器、千分尺、杠杆放大装置等一个机械台面固定在底座上，底座上有4个调节螺钉，用来调节台面的水平，在台面上装有半导体激光器、分光板G1、补偿板G2、反光镜M1、反光镜M2、毛玻璃屛、千分尺、10:1杠杆放大装置，台面下装有激光电源插座。
调节千分尺x（mm）可使反光镜M1沿反光镜垂直方向移动x/10（mm）。
反射镜M1M2可沿导轨移动，M1M2二镜的背面各有二个螺钉，可调节镜面的倾斜度。
4实验原理4.1YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪的原理光路图2 YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪的原理光路图3 等倾干涉如图2所示，从光源S发出的一束光经分光板G1的半反半透分成两束光强近似相等的光束1和2，由于G1与反射镜M1和M2均成450角，所以反射光1近于垂直地入射到M1后经反射沿原路返回，然后透过G1而到达E，透射光2在透射过补偿板G2后近于垂直地入射到M2上，经反射也沿原路返回，在分光板后表面反射后到达E处，与光束1相遇而产生干涉，由于G2的补偿作用，使得两束光在玻璃中走的光程相等，因此计算两束光的光程差时，只需考虑两束光在空气中的几何路程的差别。
从观察位置E处向分光板G1看去，除直接看到M1外还可以看到M2被分光板反射的象，在E处看来好象是M1和M/2反射来的,因此干涉仪所产生的干涉条纹和由平面M1与M’2之间的空气薄膜所产生的干涉条纹是完全一样的，这里M’2仅是M2的像，M1与M’2之间所夹的空气层形状可以任意调节，如使M1与M’2平行（夹层为空气平板）、不平行（夹层为空气劈尖）、相交（夹层为对顶劈尖）、甚至完全重合，这为讨论干涉现象提供了极大的方便，这也是本仪器的长处之一，长处之二是迈克尔逊干涉仪光路中把两束相干光相互分离得很远，这样就可以在任一支光路里放进被研究的东西，通过干涉图像的变化可以研究物质的某些物理特性，如气体折射率等，也可以测透明薄板的厚度。
讲义-压电陶瓷的电致伸缩系数的测量
实验33 压电陶瓷的电致伸缩系数的测量迈克尔逊干涉仪是一种用分振幅方法产生双光束，以实现干涉的仪器，它在近代物理和计量技术中有着广泛的应用，YJ-MDZ-II压电陶瓷电致伸缩实验仪利用了迈克尔逊干涉仪的原理, 测定压电陶瓷的电致伸缩系数。
1实验目的（1）了解迈克尔逊干涉仪的工作原理，掌握其调整方法；（2）观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象；（3）利用电致伸缩实验仪观察研究压电陶瓷的电致伸缩现象，测定压电陶瓷的电致伸缩系数。
2实验仪器YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪。
3仪器介绍YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪由机械台面、半导体激光器、千分尺、杠杆放大装置等一个机械台面固定在底座上，底座上有4个调节螺钉，用来调节台面的水平，在台面上装有半导体激光器、分光板G1、补偿板G2、反光镜M1、反光镜M2、毛玻璃屛、千分尺、10:1杠杆放大装置，台面下装有激光电源插座。
调节千分尺x（mm）可使反光镜M1沿反光镜垂直方向移动x/10（mm）。
反射镜M1M2可沿导轨移动，M1M2二镜的背面各有二个螺钉，可调节镜面的倾斜度。
4实验原理4.1YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪的原理光路图2 YJ-MDZ-II电致伸缩实验仪的原理光路图3 等倾干涉如图2所示，从光源S发出的一束光经分光板G1的半反半透分成两束光强近似相等的光束1和2，由于G1与反射镜M1和M2均成450角，所以反射光1近于垂直地入射到M1后经反射沿原路返回，然后透过G1而到达E，透射光2在透射过补偿板G2后近于垂直地入射到M2上，经反射也沿原路返回，在分光板后表面反射后到达E处，与光束1相遇而产生干涉，由于G2的补偿作用，使得两束光在玻璃中走的光程相等，因此计算两束光的光程差时，只需考虑两束光在空气中的几何路程的差别。
从观察位置E处向分光板G1看去，除直接看到M1外还可以看到M2被分光板反射的象，在E处看来好象是M1和M/2反射来的,因此干涉仪所产生的干涉条纹和由平面M1与M’2之间的空气薄膜所产生的干涉条纹是完全一样的，这里M’2仅是M2的像，M1与M’2之间所夹的空气层形状可以任意调节，如使M1与M’2平行（夹层为空气平板）、不平行（夹层为空气劈尖）、相交（夹层为对顶劈尖）、甚至完全重合，这为讨论干涉现象提供了极大的方便，这也是本仪器的长处之一，长处之二是迈克尔逊干涉仪光路中把两束相干光相互分离得很远，这样就可以在任一支光路里放进被研究的东西，通过干涉图像的变化可以研究物质的某些物理特性，如气体折射率等，也可以测透明薄板的厚度。
电致伸缩名词解释
电致伸缩名词解释“电致伸缩”（electro-activepolymers，简称EAP）是一种新型的可以被电流或改变形状的材料，用于让可穿戴装置、家用电器、服务机器人和智能车等卷入到制造方面。
它和普通材料有很大的不同，因为它可以受到电微调，从而产生有效的伸缩行为。
电致伸缩技术是一种基于复合材料和电刺激的行为，它可以通过在其中引入电场来影响材料的形状，最终实现按钮、控制台和手柄等形状的改变。
电致伸缩的技术基于利用电场的能重新调整和诱导复合材料的形状，它可以实现按需形状、精确控制形状，满足任何形状的要求。
电致伸缩材料有很多不同的种类，主要分为电聚合物（polyelectrolytes）、热聚合物（thermoplastic polymers）、压电聚合物（piezoelectric polymers）和光致聚合物（photo-induced polymers）等。
每种材料都具有不同的性质，因此可以应用在不同的材料上，实现不同的功能。
电致伸缩材料主要用于智能化机器人系统工程、医疗保健、汽车制造、家用电器市场和纺织行业等。
在机器人系统中，电致伸缩材料可以用来实现机器人动作的可编程，使机器人更加智能化；在家用电器市场中，它可以实现各种各样的电器控制；在汽车制造业中，它可以实现更加灵活的设计和生产;在医疗保健中，它可以用来实现传感器的智能控制；在纺织行业中，它可以实现更加精准而可持续的缝纫技术。
电致伸缩材料在很多方面都具有不可替代的优势。
它可以大大简化机器人系统、汽车制造和家用电器设备的制造；它可以让服务机器人和智能车更加聪明；它可以实现精准而可持续的缝纫技术；它可以让传感器更加聪明；它可以实现高级而灵活的模型制造；它可以实现根据用户需求变化的按钮操作等。
因此，电致伸缩材料的应用的发展将给未来的市场带来极大的潜力，带给人们更多的便利和更深入的交互体验。
电致伸缩技术的出现可以实现人们的梦想，让智能化的产品变得更加智能、简单、易用，让生活更加安全、高效、舒适。
光纤磁致伸缩材料B课件3
4、电致伸缩（压电效应）
在某些材料上施加电场,会产生机械变形,而且其 应变与电场强度成正比,这称为电致伸缩效应。如 果施加的是交变电场, 材料将随着交变电场的频 率作伸缩振动。施加的电场强度越强, 振动的幅 度越大。
压电陶瓷圆柱筒(PZT)的应用
• 在空心的压电陶瓷圆柱筒(PZT) 上缠绕一圈或多圈光纤， 并在其径向或轴向施加驱动信号，由于PZT筒的直径随驱 动信号变化，故缠绕在其上的光纤也随之伸缩。光纤承受 到应力，光波相位随之变化。
五、电光效应光纤电场传感器
是一种利用电光效应的光纤电场传感器。在高压系统 电场的测量中，可以用电光晶体作为传感器探头置于 高压系统中。电光晶体可以用硅酸铋（Bi12SiO20）、 铌酸锂（LiNbO3）。
电光晶体
P1
4
P2
l
U
2 nl U
U
Io sin2 ( U )
Ii
2 U
P1
I
电光晶体
六、金属被覆光纤电流传感器
金属被覆光纤可以分为金属被覆多模光纤和 金属被覆单模光纤。由于其类型不同，因而 决定了由它们各自组成的电流传感器的原理 也不同。
1、金属被覆多模光纤电流传感器
最普通的方式是，将多模光纤被覆上一层厚的铝 金属护套。将光纤放置在磁场之中，并使光纤被 覆层通以电流。此时，电流与磁场的相互作用引 起光纤微弯曲，通过光源所激励的光纤中的各个 波导模式，因光纤的微弯曲而产生新的相位差， 并使传导模向辐射模转换，引起传导模能量的损 耗。通过检测光纤末端射出的光束所形成的干涉 图样的变化或能量的变化来反映被测电流的大小， 这就是所谓的“光纤自差”测量方法。
铁磁性材料的磁状态改变时,其尺寸也发生相应的改变。 例如铁磁材料做成的棒放在方向顺着棒长的磁场内,其 长度将发生变化,这种现象称为磁致伸缩效应.磁致伸 缩效应是可逆的,即在对棒拉伸使之发生形变时,其磁 化强度也发生变化. 磁致伸缩引起的形变是相当小的,其数量级为10-6。不 同的铁磁材料其磁致伸缩效应是不同的,在铁、钴、镍 这三种材料中,镍的磁致伸缩效应最明显。
七压电材料和电致伸缩总结PPT课件
2G
EmX
i
T
xi Em
T ,X
Dm X i
T ,E
dmTi
2G EmT
X
T
2G Em
X
Dm T
X ,E
S Em
T ,X
pmX
•
2G X i T
E
2G T Xi
E
xi T
X ,E
（7.11）
S X i
T ,E
aiE
•
2G X iX
jLeabharlann T ,E 2 xi X j
T ,E
• 虽然电致伸缩效应通常很弱，但在某些铁电体中 稍高于居里点时却相当强，而且铁电相压电常量 与电致伸缩系数有关，因此，研究电致伸缩也有 实用和理论两方面的意义。
4
§ 7．1 压电效应
7.1.1 线性状态方程和线性响应系数 • 处理电介质平衡性质的基本理论是线性
理论。该理论成立的条件是系统的状态 相对其初始态的偏离较小，在特征函数 对独立变量的展开式中可忽略二次以上 的高次项，而在热力学量对独立变量的 展开式中可以只取线性项。
• 1881年，Lippman应用热力学原理预言逆压 电效应(converse piezoelectric effect)，即 电场可引起与之成正比的应变。这一预言被居 里兄弟用实验所证实。
1
压电材料的实用化
• 压电材料实用化是进一步研究压电效应推动力。 实用化方面早期有两个奠基性的工作：
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H P3
T1
2Q13T1P3
A 2 P3
A 4 P33
A 6 P35
令：
T 33
(P)P3
A 2 P3
பைடு நூலகம் 4 P33
A 6 P35
其中 ：
T 33
(P)
A2
A 4 P32
A 6 P34
为应力自由等效极化率的倒数
1
/
T 33
(P)
wangcl@
12
薄长片的电致伸缩方程
S1
H T1
P1
E3
H P3
T1
6
3
其中焓H为 H U TiSi E m Pm
i 1
m 1
对于薄长片的焓H（T1，P3）为，
H U T1S1 E3 P3
wangcl@
10
E
' m
f (P)
假设极化强度与电场可以表示为：
E3
1 2 A2 P3
1 4
A4 P33
)
则薄长片的焓H（T1，P3）为，
H(T1 , P3 )
1 2
s
T P 2
11 1
Q13T1P32
(1 2
A 2 P32
1 4
A 4 P34
)
H U T1S1 E3 P3
wangcl@
11
薄长片的电致伸缩方程
S1
H T1
P3
s1P1T1
Q13P32
E3
在薄长片情况，电致伸缩效应与极化强度的平方成正比，比例系数就是电致伸 缩系数Q13。
wangcl@
14
Clamped susceptibility
如果选（S，P）为独立变量，则薄长片的电致伸缩方程为：
T3 E3
c3P3S3
q
P2
33 3
2q33S3P3 S33
(P)P3
wangcl@
7
再结合边界条件，通常选熵，应力T和极化强度P为独立变量（或以、T、 E为独立变量）比较方便，相应的热力学函数为焓H。
这就是为什么讨论铁电体中的机电行为时，所用的热力学函数是焓H（、T、 P），而不是自由能F（、T、P）的原因。
wangcl@
8
铁电体的电致伸缩方程
薄长片的电致伸缩方程。设薄长片的长度沿x方向，厚度沿z方向，电极面与 z轴垂直。相应的热力学函数焓的微分表示式为:
dH d S1dT1 P3dE3
对于绝热过程，存在d=0，上式简化为
dH S1dT1 P3dE3
wangcl@
9
相应的热力学关系为：
铁电体的电致伸缩与压电效 应 Electrostriction and piezoelectric in ferroelectrics
电致伸缩与压电效应 铁电体的压电方程
wangcl@
1
Piezoelectric and electrostriction
压电效应:是表示物体的应变与电场强度（或极化强度）之间存在线性关系， 或者说是表示物体的应变与电场强度（或极化强度）之间存在正比关系。 电致伸缩效应:表示是表示物体的应变与电场强度（或极化强度）之间存在的 非线性关系，或者近似认为应变与电场强度的平方（或极化强度的平方）成正 比关系。
18
铁电体的电致伸缩方程
6
3
Si
s
P ij
T
j
Q imn Pm Pn
S1 E3
s1P1T1 Q13P32
T 33
(P)P3
2Q13T1P3
其中s11P是极化强度P为常数（或零）时的弹性柔顺常数，Q13是电致伸缩系 数。
wangcl@
13
S1 E3
s1P1T1 Q13P32 3T3 (P)P3 2Q13T1P3
从电致伸缩方程可以看出：铁电体的应变由两部分组成。其一是由于弹性应力 而产生的应变，另一是由于介质极化而产生的电致伸缩应变。
本节主要讨论如何通过铁电体的热力学函数表示式，导出铁电体的电致伸缩方程， 以及如何在小信号情况下，由电致伸缩方程导出铁电体的压电方程。
wangcl@
6
因为铁电体中的机电转换过程进行的很快，它来不及与外界交换热量，所以 可认为机电转换过程是一个绝热过程。这就是说铁电体中各种常数的测量， 都是在绝热条件下进行的。
wangcl@
4
压电效应可以用压电方程来描写，同样，铁电体的电致伸缩效应也可以用电 致伸缩方程来描写。
其次经过极化后的铁电体，体内存在剩余极化强度（这个剩余极化强度的作 用相当于在铁电体上作用一个直流偏压）。
wangcl@
5
在外加小信号场的作用下，出现压电效应。这表明在外加小信号场的情况下，可 以由电致伸缩方程导出铁电体的压电方程。
wangcl@
2
压电效应
电致伸缩效应
wangcl@
3
BaTiO3类型的铁电晶体或铁电陶瓷，在居里点温度以上处于非铁电相，是 各向同性体，不存在压电效应。但存在电致伸缩效应。在居里点温度以下， 如果未经极化处理，则是一个多畴体，体内总极化强度为零；还是各向同性 体，不存在压电效应，但存在电致伸缩效应。
wangcl@
16
铁电体的电致伸缩方程
铁电体的热力学函数的微分表示形式为，
6
3
dH Si dTi Pm dE m
i 1
m 1
其中：
Si
H Ti
, i Em
1,2,3,4,5,6
Em
H Pm
, m Ti
1,2,3
wangcl@
17
若已知铁电体的焓H（T，P）为：
其中：c33P是极化强度P为常数（或零）时 的弹性刚度常数，q33为电致伸缩系数。
S 33
(P)
为夹住（持）等效极化率倒数
1
/
S 33
(P)
wangcl@
15
T3
c3P3S3
q
P2
33 3
E3
2q33S3P3
S33
(P)P3
从上式可以看出，如果选（S，P）为独立变量，则铁电体的应力由两部分组成。 其一是由于弹性应变而产生的应力；另一是由于介质极化而产生的电致伸缩应 力。在薄长片情况，电致伸缩效力与极化强度的平方成正比，比例系数就是电 致伸缩系数q33。
H
1 2
6
sijTi Tj
i, j1
63
Qimn Ti Pm Pn
i1 m,n1
1 2
3
P mn
m, n 1
(P)Pm Pn
其中：
1
2
3
T mn
(P)Pm
Pn
m, n 1
1 2
3 m, n 1
A
mn
Pm
Pn
16
4
A
m,n,k,l1
mnklPm Pn
Pk
Pl
wangcl@