论-浅谈压电材料研究现状及发展趋势

这个领域已经突破了技术瓶颈。电子束辐 照 Ｐ （ Ｖ Ｄ Ｆ — Ｔ ｒ Ｆ Ｅ ）共聚合物 使该材料具备 了产生大 伸缩 应变的能力 ，从而为研制新型聚 合物驱动 器创造 了有利条件 。在潜在 国防应用前景的推动下 ，利用辐 照改性共 聚物制备全高分子材料水 声发射装置的研究 。除此之 外，利用辐照改 性共聚物的优异特性 ， 研究开发其在医学超声、减振降噪等领域应用 ， 断地发现 水 晶和 酒石酸钠这 些 还需要进行大量的探索。 材料 具有 压 电效应 ， 它们都 得 （ ３ ）传感器 。１ ）压电式压力传感器。压 电式压力传感器的原理就 到 了广 泛的应 用。但是 ，后 来 是压电效应。压 电式压力传感器的优点是具有 自生信号 ，比较 高的响应 发现 有很 多压 电晶体 ， 石 英、 频率， 占用空间小 ， 结构稳定 ， 输出信号大 。 其缺点是只能用于动能测量 。 闪锌矿和 纤锌矿 虽然都有不 对 需要特殊材料的 电 缆 ，在受到恶劣外部环境时 ，自 我恢复速度较 慢； ２ ） 称 中心 晶格 ， 但却 包含 其他 对 压 电式加速度传感器 。压电式加速度传感器有很多优 点，比如说，重量 图 １ 极化 示意图 称元素 。所 以这种 晶体在 某些 轻 ，占用空间小 ，效率高 ， 耐用性能好等。这种传感器 已经在工业生产 ， 应力某些 角度下极化 ， 但在 另一些特殊应力下 却不极化 。以石英这种 桥梁建筑，运输传送等实际应用 中得到了实 际的认可 。尤其是在航天飞 晶体为例 ， 沿 ［ ０ ０ １ ］ 晶面的应力就不会引起极化 ， 而沿 ［ １ ｏ ｏ ７ 晶面的压力 行器领域尤其内在 的优越性。这种传感器还可 以测量密 闭高压容器的 内 却会 产生极化这种现象。 部压力 ，在生物化学、军事工场等领域依然有他的用武之地。 （ ４ ）机器人 。机器人 安装类似人 类感 觉的传感器 主要 目的有 以 ２ 研 究 现 状 下三个 ：第一 ，再 做下个运动之前 ，就要获得 必要的信息 ；第二 ，探 （ １ ）压 电陶瓷 。１ ９ ４ ９年 日本最 早利用 Ｂ ａ Ｔ ｉ Ｏ 压 电陶瓷发明了鱼 测机器人 的活 动空间 内有没有障碍物 。如果有 障碍 物就要活得一定的 类探测器 ， 但是这种材料在谐频情况下耐温性能差 。 但是用其他元素 ， 信息 ，避免 相撞 ；第三 ，获取物体 的形状 ，位置 与数 量信息 。压 电材 如Ｐ ｂ 和 ｃ ａ 等取代钛酸钡 中的钡，可 以部分这种压 电陶瓷的抗温变性 料除 了以上用途外还有其它相当广泛的应用。如鉴频器、压 电震荡器、 能 ，所以在 Ｐ Ｚ Ｔ陶瓷流行 的当下 ，仍然有一小部分换能器采用钛酸钡 变压器 、滤波器等 。 陶瓷材料 。 （ ２ ）压 电晶体 。压 电 电子元 件的应 用与发展 ，主要取 决于压 电 ４ 结 语 材料 的 自 身性 能的发展 。为了发 明新 的应用材料 ，在石英 晶体之后 ， 压 电陶瓷材料是近年兴起的一类新的压 电材料 ， 已在 信息、 生物 、 科研人员又研制出 了多种压 电晶体材料 。 例如 Ｋ ＤＰ 、 Ａ Ｄ Ｐ 、 罗西而盐等 。 电气 自动化领域 ，军事领域及新 能源 等领域得 到非常广泛 的应用 ， 随 但是这些材料都或 多或 少的存在一些缺 点，在 这些 材料里面应用 比较 着现 代科学 技术的蓬勃 发展 ， 压 电材料 工艺 的与时俱进 ， 其优 异的性
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广泛压 电晶体主要 有 ｕＮ ｂ ０ ， 和Ｌ ｉ Ｔ ａ Ｏ ，他们大 部分被用来 制作振荡 能受 到人们的广泛关注 。相信压 电材料会 驻足 到人们 日常生活的各个 器、延迟线等。 角落 ， 而且其制造技术和压 电材料应用开发仍将是关注议题 。 （ ３ ）压电复合材料。深入研究表 明 ， 改变混合元素和结构可 以改 良单相材料不可 能实现的性能 。用复合材料 的思想不仅可 以提高压 电 参考 文献 ： 性能 、抗变温性能 ，还能提高材料的耐用性 。 【 １ ］袁 巨龙 ， 袁 哲俊 ．功能陶瓷的超精 密ｈ ￣ － Ｙ － 技术 ［ Ｍ 】 ．哈 尔滨 ：哈 尔 （ ４ ）压电高聚物。很多人 曾 对 高分子材料的压 电 性 能进行了研究， 滨工 业 出版 社 ， ２ ０ ０ ４（ ０ ９ ） ． 例如肌 肉、骨头、Ｒ Ｎ Ａ 、 Ｄ Ｎ Ａ进行了研究 ，居然发现他们也具有一定的 ［ ２ ］ 冯端 ，师昌绪 ，刘治 国 ． 材料科 学导论 ［ Ｍ ］ ． 化学工业 出版社 压电 性。 现今 ， 高聚物压 电材料的研究 已经开始向产业成果方向发展了。 ［ ３ ］ 岳鹏 ， 郑正奇 ， 张洁等 ． Ｐ Ｚ Ｔ ／ Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ 复合材料 的制备及介 电性 能 ［ Ｊ ］ ． 功能材料 与器件 学报 ， ２ ０ ０ ８ ， １ ４（ ０ ５ ） ： ９ ３ １ － ９ ３ ４ ． ３ 压电材料的应 用及 发展 ［ ４ ］ 徐任信 ， 陈文 ， 周静 ． 石 墨改性 ０ — ３ 型Ｐ Ｚ Ｔ ／ Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ复合材料 电争 陛 随着 压 电材料制 备技术 的发展 ， 压 电材料在换 能器、驱动器 、传 能研 究 ［ Ｊ ］ ．功能材料 ， ２ ０ ０ ５ ， ３ ６ （ Ｏ ７ ） ： １ ０ ０ ８ ． 感器 、机器人等领域有着更加广泛而重要的应用 。 ［ ５ ］ 林 玲 ，刘辉 ． 压 电发 电技 术研 究应 用 ［ Ｊ ］ ．硅 谷 ， ２ ０ ０ ８ （ Ｉ ４ ） ： Ｉ ２ ０ ．
Ｄ Ｏ Ｉ： １ ０ ． １ ６ ６ ４ ０ ／ ｉ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ３ ７ — １ ２ ２ ２ ／ ｔ ． ２ ０ １ ５ ． ２ ２ ． ２ ３ ８
随着 时代 的发展 ，在信息技术、激光 、导航及 生物等高科技领域 内，到处都 有压 电材料的身影 。压 电材料是一类新 兴的高技术材料 。 白１ ８ ８ ０年 ，居 里兄弟 发现 了石英 晶体存在 压 电效应 后 ，使得压 电学 成为现代科 学与技术的一个新兴领域 。在材料 学和 物理学不断完善 的 过程 中 ，压电学也在理论和应用取得 了巨大的进展 。压 电材料制作 简 单、成本低 、换能效率高 ，被广 泛应用于 热、光 、声、 电子学等领域 。 主要应用有压 电换能器 ，压 电发电装置 ，压 电变压器 医学成像等 … 。 材料及工艺 的不 断研究和改 良 ， 压 电陶瓷材料制作 技术和应用软 件开 发正备 受关注 。
（ １ ）换 能器 。换能 器是将机械 能转化 为 电能或者 将 电能 转化为 机 械能的器件。压 电聚合物 电声器件的原理就是 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 的作 用下产生的变形及振动 ，麦克风 、立体声耳 机和 高频扬声器就是 利用了上诉原理 。对压 电聚合物 电声器 件的研 究主要是利用压 电聚合
物的结构与性能。从而研发其他技术难 以实现的产 品，如抗 噪声 电话 、 宽带超声信号发射系统等。 （ ２ ）驱动器 。压 电驱动 器利用逆压 电效应 ，将 电能转 变为机械 能或机械运动 。按照驱动方 式不 同 ， 压 电驱动器有非弹性位移驱动器 和共振位移驱动器 。压 电驱 动器 即使没有传动机构 ，也可 以达 到较 高 １ 压 电效 应 的运行质量 。同时反应敏捷 没有机械咬合时产生 的误差 ，可 以实现 电 个别物质在 外力作用下 发生电极化 的变 化 ， 这 样的性质变化 称为 压与位移的完美结合 ， 并且 具有低功耗高输出 的特点 。我国在 驱动器
压 电效应 。这种性质 的变化致使介质在物 质的两个端面 出现 等量的 符号相反 的约束 电荷 ， 这样机械 能就转化成 了电能 ，这就是产生压 电 性的原 因。介质具 有压 电性 的条件是其具有不对 称 的结构 ， 不对称 的 晶胞 在应力作用下出现电极 化和 表面束缚 电荷 的示意 图如 图 １ 。 １ ８ ９ ０ 年 ，科学家们连续不
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柬工案技术
理 论 研 究
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浅谈 压 电材料研 究现状 及发展趋势
段利利 ， 邢 健 （ 东北 电力大学 工程训练中心 ， 吉林 吉林 １ ３ ２ ０ ０ ０）
摘 要 ：从压 电材料 的压 电效应入 手 ， 介绍了 压 电材料 的分类及组织结构 。根据 不同压 电材料在 实际应 用中的不同情况 ， 简述现阶段 压 电材料 的制备方法。综述 了近年来压电材料 的研 究现状 ， 并介 绍 了 压 电材料在各 个领域 的应用和发展趋 势。 关键词 ：压 电材料 ；压电效应 ； 研 究现 状 ； 应 用