压电器件的种类特点及应用

压电器件的种类特点及应用

压电器件是一类利用压电效应进行能量转换和信号转换的器件。根据其结构和性能特点的不同，压电器件可以分为多种类型。下面将分别介绍几种常见的压电器件的种类特点及应用。

1. 压电陶瓷

压电陶瓷具有良好的压电效应和尺寸效应特点。它通常由铅锆钛酸钡等复合材料制成。压电陶瓷具有高的机械耐久性和耐腐蚀性，可在宽温度范围内工作。它被广泛应用于超声波传感器、超声波发生器、压力传感器、压电加速度计等领域。

2. 压电薄膜

压电薄膜是将压电材料制成薄膜状的器件。它具有厚度较小、重量轻、柔韧性好等特点，可以与其它材料结合使用。压电薄膜广泛应用于压力传感器、触控屏、声波酒塞等领域。

3. 压电陶瓷复合材料

压电陶瓷复合材料是将压电陶瓷和其它材料复合在一起得到的一种新型压电材料。它综合了不同材料的优点，既具有压电陶瓷的压电效应，又具有其它材料的特性。压电陶瓷复合材料被广泛应用于声波滤波器、声波振荡器、微机械系统等领域。

4. 压电压敏电阻

压电压敏电阻是一种同时具有压电效应和电阻特性的器件。它可以将机械能转换为电能，并且具有电阻随压力变化的特点。压电压敏电阻被广泛应用于压力传感器、动态测量系统等领域。

5. 压电液体晶体

压电液体晶体是一种在电场和机械力共同作用下会出现液体结构变化的压电材料。它具有密度变化大、响应速度快等特点。压电液体晶体被广泛应用于声波传感器、液体振荡器等领域。

压电器件的应用非常广泛。它们在工业、医疗、汽车、通信、军事等领域都扮演着重要的角色。以下是一些常见的应用案例：

1. 超声波传感器：利用压电陶瓷或压电薄膜的压电效应，将机械能转换为电能，实现对超声波的检测和测量。广泛应用于医疗、无损检测、仪器仪表等领域。

2. 压电陶瓷振荡器：利用压电陶瓷的压电效应，将电能转换为机械振动，实现高精度的振荡器功能。广泛应用于时钟、无线通信、音频设备等领域。

3. 压力传感器：利用压电器件的压电效应，将被测压力转换为相应的电信号。广泛应用于工业自动化、航空航天、气象仪器等领域。

4. 触摸屏：利用压电薄膜的压电效应，实现对触摸位置的检测和定位。广泛应

用于智能手机、平板电脑、电子导航设备等领域。

5. 声波滤波器：利用压电陶瓷复合材料的压电效应，实现对声波信号频率的选择性传输。广泛应用于无线通信、声学设备等领域。

总之，压电器件具有广泛的应用前景。随着科技的不断发展，压电器件将在更多的领域得到应用，并为人们的生活和工作带来更多的便利和效益。

压电元件及压电传感器

压电元件及压电传感器 一、压电效应 某些晶体(电介质)在一定方向受到外力作用时，内部将产生极化现象，相应地在晶体的两 个表面(称为极化而)产生符号相反的电荷；当外力作用除去时，义恢复到不带电状态；当作用 力方向改变时．心荷的极性也随之改变。这种现象称为压电效应。反之，若存电介质的极化方 向施加电场，则电介质会产生机械变形。这种现象称为逆压电效应或电致伸缩效败。 所示为压电效应，图2示为压电效应的可逆性。 具有压电效应的物质很多，pJ分为 兵他申品；二是压电陶瓷(多晶半导瓷) 压电材料阿种。 1．压电晶体 —大类：足斥电品休(申晶)，它包括压电石英仍体和 三是新型压电材料，其中有压电半导体和行机高分子 出品体学uJ知．尤对稠；中心的品体，通常具有压电件。具有压电性的孕晶体统称为压电晶 体。石英品体是最典型的常用比，巴晶体。 石英晶体(si()如俗称水品，有大然与人—L之分。石英晶体的主要性能特点是： (1)压电常数小(矗M＝2．31×10“!C／N)，兵时间勺温皮稳定性极好，常温下几 乎刁；变，

20一200℃范围内其温度变化率仅为一o．ol 6％／℃；当温度达到573℃时，石英 晶体将会丧失 压电特性。因此573℃称为石英晶体的居里点。 (2)机械强度和质量因素高，许用血力高达(6．8—9．8)×10’Pa，只刚度大，固 有频率高v动态特性灯。 (3)太热环电件 感器。 2．压电陶瓷 且绝缘性、重复性纤。常用于精度和稳定性要求高的场合和制作初i准作 乐电陶瓷的特点是：从屯常数远大于心英晶体的压电常数，故人敏度高；制造工 艺成熟，可 通过配人和掺杂碎人工拌制来达到所要求的性能‘成本低廉，为石英晶体的1％一10火．有利 于广泛府用；除具止屯性外，还具有热释电性，因此它III作为热电传感器件而用于 红外探测器 中。但这会给乐http://www.ebv.hk电传感器造成热下扰，降低J”稳定性。 常用的压电陶瓷主要有以下几种： (〔)钻酸刨(Eall()3) 钻酸钡具仑较高的压电常数(d”— 数大(1000一5000)。居坠点为1201：．机械强度低于心焚晶体 (2)怯歇酸铅系压电陶瓷(PZT) 铅钻酸铅是出PbTIQ和P比KL组成的固熔体凡(Zr· 引)()s o它有较高的斥电常数(dM＝2u[]×10—M一50()×10—“C／N)利居里点(300℃以卜)。是 r1前常用的一种压电材料。苦加入微量的谰(Za)、妮(NL)或锑(sb)等．可得4；向性 能的PZ“1’ 材料。 (3)银镁酸铅压43陶瓷(PMN) 它又有较高的压电常数(dn＝800×lo☆一900×10—?’

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：李耘飞 学号：1101900118

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。 三、压电材料的分类 压电材料可分为三类：压电晶体（单晶）、压电陶瓷（多晶）和新型压电材料。其中压电单晶中的石英晶体和压电多晶中的钛酸钡与锆钛酸铅系列压电陶瓷应用较普遍。 （1）压电晶体 1）石英晶体 石英晶体是典型的压电晶体，分为天然石英晶体和人工石英晶体，其化学成份是二氧化硅（SiO2），其压电常数d11=2.1×10-12C/N，压电常数虽小，但时间和温度稳定性极好，在20℃～200℃范围内，其压电系数几乎不变；达到573℃时，石英晶体就失去压电特性，该温度称为居里点，并无热释电性（了解更多）。另外，石英晶体的机械性能稳定，机械强度和机械品质因素高，且刚度大，固有频率高，动态特性好；且绝缘性、重复性均好。 下面以石英晶体为例来说明压电晶体内部发生极化产生压电效应的物理过程。在一个晶体单元体中，有3个硅离子和6个氧离子，后者是成对的，构成六边的形状。在没有外力的作

压电式传感器论文资料

传感器与检测技术 课程论文 2014年6月27日

【摘要】压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应，是典型的有源传感器。当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量的测量。压电式传感器具有体积小、重量轻、工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量，以及声学、医学、力学、宇航等方面都得到了非常广泛的应用。本文介绍了压电式传感器的原理、测量电路并列举了重要应用 【关键词】压电传感器，压电效应，测量电路，应用 【引言】压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。居里兄弟在研究热电性与晶体对称，发现正负电荷，而且电荷密度与压力大小成正比。居里兄弟所报道的这些晶体就有后来广为研究的铁电体酒石酸钾钠（罗息盐）。1881年，应用热力学原理预言了逆压电效应，即电场可以引起与之成正比的应变。很快这一预言被居了里兄弟用实验所证实了。 一、压电原理和基本特性 压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应，是一种典型的有源传感器。通过材料受力作用变形时，气表面会有电荷产生而实现非电量测量。 压电式传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就

成为正比于所受外力的电量输出。 压电式传感器是以具有压电效应的器件为核心组成的传感器。由于压电效应具有顺、逆两种效应，所以压电器件是一种典型的双向有源传感器。基于这一特性，压电器件已被广泛应用于超声、通信、宇航、雷达和引爆等领域，并与激光、红外、微波等技术相结合，将成为发展新技术和高科技的重要条件”。 压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 二、压电传感器的分类 按压电介质可分为三类，分别是石英晶体、压电陶瓷和高分子压电材料。 1.石英晶体 石英晶体是一种天然形成的性能极为优异的单晶体压电材料。它具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、压电常数自然变化率低(在20-200℃时，仅为-0.0001/摄氏度)等特点，广泛用于制作标准传感器以及高精度传感器。 2.压电陶瓷 压电陶瓷是一种人工合成的多晶体压电材料，内部具有大址微观

压电器件的种类特点及应用

压电器件的种类特点及应用 压电器件是一类利用压电效应进行能量转换和信号转换的器件。根据其结构和性能特点的不同，压电器件可以分为多种类型。下面将分别介绍几种常见的压电器件的种类特点及应用。 1. 压电陶瓷 压电陶瓷具有良好的压电效应和尺寸效应特点。它通常由铅锆钛酸钡等复合材料制成。压电陶瓷具有高的机械耐久性和耐腐蚀性，可在宽温度范围内工作。它被广泛应用于超声波传感器、超声波发生器、压力传感器、压电加速度计等领域。 2. 压电薄膜 压电薄膜是将压电材料制成薄膜状的器件。它具有厚度较小、重量轻、柔韧性好等特点，可以与其它材料结合使用。压电薄膜广泛应用于压力传感器、触控屏、声波酒塞等领域。 3. 压电陶瓷复合材料 压电陶瓷复合材料是将压电陶瓷和其它材料复合在一起得到的一种新型压电材料。它综合了不同材料的优点，既具有压电陶瓷的压电效应，又具有其它材料的特性。压电陶瓷复合材料被广泛应用于声波滤波器、声波振荡器、微机械系统等领域。 4. 压电压敏电阻

压电压敏电阻是一种同时具有压电效应和电阻特性的器件。它可以将机械能转换为电能，并且具有电阻随压力变化的特点。压电压敏电阻被广泛应用于压力传感器、动态测量系统等领域。 5. 压电液体晶体 压电液体晶体是一种在电场和机械力共同作用下会出现液体结构变化的压电材料。它具有密度变化大、响应速度快等特点。压电液体晶体被广泛应用于声波传感器、液体振荡器等领域。 压电器件的应用非常广泛。它们在工业、医疗、汽车、通信、军事等领域都扮演着重要的角色。以下是一些常见的应用案例： 1. 超声波传感器：利用压电陶瓷或压电薄膜的压电效应，将机械能转换为电能，实现对超声波的检测和测量。广泛应用于医疗、无损检测、仪器仪表等领域。 2. 压电陶瓷振荡器：利用压电陶瓷的压电效应，将电能转换为机械振动，实现高精度的振荡器功能。广泛应用于时钟、无线通信、音频设备等领域。 3. 压力传感器：利用压电器件的压电效应，将被测压力转换为相应的电信号。广泛应用于工业自动化、航空航天、气象仪器等领域。 4. 触摸屏：利用压电薄膜的压电效应，实现对触摸位置的检测和定位。广泛应

压电材料的物理特性及应用

压电材料的物理特性及应用 压电材料是一类具有压电物理特性的电介质，被制成转换元件广泛应用于压电式传感器上。压电效应表现为当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而发生变形时，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，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变，受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。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；相反，当在电介质的极化方向上施加交变电场，这些电介质也会发生机械变形，电场去掉后，电介质的机械变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。正压电效应是把机械能转换为电能，逆压电效应是把电能转换为机械能。自然界中天然形成的石英晶体、人工制造的压电陶瓷和有机高分子材料都是压电效应比较明显的压电材料，其应用也很广泛。 一、石英晶体的压电特性及其应用 石英晶体俗称水晶，成分是二氧化硅（SiO2），它是一个正六面体，有三个坐标轴，Z轴是晶体的对称轴，称为光轴，在这个方向上没有电压效应；X轴称为电轴，垂直于X轴晶面上的电压效应最明显；Y轴称为机械轴，在电场力的作用下沿此轴方向的形变最显著。 用水晶制作压电石英薄片，在交变电场中，这种薄片的振动频率稳定不变，因此被广泛应用于无线电技术中，用来控制频率。彩色电视机等许多电器设备中都有用压电晶片制作的滤波器，以保证图像和声音的清晰度。装有压电晶体元件的仪器可以测试蒸汽机、内燃机及各种化工设备中压力的变化，测量管道中流体的压力。压电晶体还被广泛应用于声音的再现、记录和传送。 压电式加速度传感器是一种测试加速度的装置，主要由两块压电晶片、质量块、弹簧和基座

构成。测量时，传感器和被测物一起受到冲击振动时，压电元件受到质量块惯性力的作用。根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，即：F＝ma。这样，质量块就有一正比于加速度的应变力作用在压电晶片上，在压电晶片的两个表面上就产生交变电荷（电压），输出电量由传感器输出端引出，可以根据输出电荷测试出试件的加速度。如果在放大器中加进适当的积分电路，也可以测试试件的振动速度或位移。 二、压电陶瓷的物理特性及其应用 压电陶瓷是一种人工制造的多晶体的压电材料，属于铁电体类，具有类似磁畴的电磁结构。内部具有许多自发极化的电畴，在无外加电场时，各个电畴杂乱排布，极化强度相抵为零，没有压电特性；加外加电场时，电畴极化沿电场方向有序排列，当外加电场大到使极化饱和时，即所有的电畴都极化时，即使去掉外电场，电畴的极化方向也不变，剩余的极度强度也很大，这是压电陶瓷才具有的压电特性。 由此可见，压电陶瓷实际上是一种经过极化处理的、具有压电效应的铁电陶瓷，是具有机械能和电能互相转换功能的陶瓷材料。利用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置；用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，进行超声清洗；还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。 压电陶瓷非常敏感，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，敏感程度甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，可用于声纳系统、气象探测、环境遥测、地震预测等。 三、有机高分子的压电特性及其应用 压电材料还有高分子类的，聚偏氟乙烯等类化合物具有较强的压电性质。压电率的大小取决于分子中含有的偶极子的排列方向是否一致。除了含有具有较大偶极矩的C-F键的聚偏氟乙烯化合物外，许多含有其他强极性键的聚合物也表现出压电特性。如亚乙烯基二氰与乙酸

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

压电元件与霍尔元件

压电元件 压电效应：不存在对称中心的异极晶体，受外力作用发生机械应变时在晶体中诱发出介电极化或电场的现象(称为正压电效应)，或者在这种晶体加上电场使晶体极化，而同时出现应变或应力的现象(称为逆压电效应)。 压电元件是利用压电效应制成的电子元件，常见的如石英晶体、声表面波滤波器、陶瓷滤波器、陶瓷陷波器等等。这些元件的共同特点是，体积小、重量轻、频带宽、抗干扰性好且不用调整。 石英晶体 石英晶体又叫石英晶体谐振器。是利用石英晶体的压电特性制成的一种电谐振元件，在各种通信设备及遥控设备中常见。 把石英单晶材料按一定的方式切割下来的薄片，就成为石英晶体。在晶体的两个相对表面镀上银层并装上一对金属板，就组成了石英晶体。不同切割方式、不同尺寸、不同形状的石英晶体具有不同的固定谢振频率及其他参数。 如果在石英晶体的两个极板间加上电压时，石英晶体就会产生机械形变，相反，若在石英晶体上施加一个力的作用，使石英晶体发生形变，则在晶体两基板上产生异种电荷，两极板间产生电压，这就是石英晶体的压电效应。如果将石英晶体两极板件加一交流电压，并且交流电压的频率等于石英晶体的固有频率，晶体就会振动，此时振幅最大，能量转换效率最高，这种现象叫做压电谐振。 石英晶体的结构、符号和等效电路。

石英晶体的等效电路如上图。图中Co是石英晶体的静态电容和分布电容的总和，一般为几十pF；C1为动态电容，一般为0.01--0.0001pF；R1为等效串联电阻，也称为谐振电阻，一般为几十至几百欧姆；L1为等效电感。 主要参数 标称频率：技术条件中指定的谐振频率。谐振器在该频率时的阻抗呈现电阻性。标称频率都标注在外壳上，便于使用。 基准温度：测量石英谐振器时指定的环境温度。 调整频差（室温频差）：基准温度时的工作频率相对于标称频率的最大偏离值。 总频差（频率偏移）：某温度范围内的工作频率相对于标称频率的最大偏离值。 温度频差（频率漂移）：在规定条件下，某温度范围内的工作频率相对于基准温度下工作频率的最大偏离值，它代表了晶振的频率温度特性。 负载电容：与石英晶体仪器决定负载谐振频率的有效外接电容。晶振元件相当于电感，组成振荡电路需配接外部电容，此电容即负载电容 C。负载电容常用的 L 标准值有：16、20、30、50、100pF。 负载谐振电阻：石英谐振器与指定的外部电容相连接，在谐振频率时的电阻值称负载谐振电阻。 激励电平：石英谐振器工作时消耗的有效功率称激励电平。激励电平应大小适中，过大会使电路频率稳定度变差，过小会使振幅减小和不稳定或不起振。一般激励电平不应大于额定值，但也不要小于额定值的50%。常用标准值有0.1、0.5、1、2、4mW。 零温度系数点：频率随温度的变化率为零的温度点称零温度系数点。 石英晶体使用注意事项 选用石英晶体时，要选用正规厂家的产品，只要产品质量好，用在电路中就不会出现频率不稳现象。 石英晶体的石英片很薄很脆，怕受到剧烈振动。拿取石英晶体时，注意不要跌落到硬地面和受到强烈冲击。

压电陶瓷及其应用

压电瓷及其应用 一. 概述 压电瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与瓷的生产工艺相似〔原料粉碎、成型、高温烧结〕因而得名。 *些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位 移，从而在晶体外表出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。晶体的这种性质称为压电性。压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。 1940年以前，只知道有两类铁电体〔在*温度围不仅具有自发极化，而且 自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体〕：一类是罗息盐和*些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。前者在常温下有 压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温〔低于—14 C〕 下才有压电性，工程使用价值不大。 1942-1945年间发现钛酸钡〔BaTiO〕具有异常高的介电常数，不久又发 现它具有压电性，BaTi O压电瓷的发现是压电材料的一个飞跃。这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电瓷，并获得广泛应用。1947年美国用BaTiO瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。 1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO -PbTiO(PZT)固溶体系统， 这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。此后又研制出PLZT透明压电瓷，使压电瓷的应用扩展到光学领域。 迄今，压电瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。 我国对压电瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电 瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已到达或接近国际水平。 二. 压电瓷压电性的物理机制 压电瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩〔极化〕发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性

压电陶瓷综述

摘要:本文综述了无铅压电陶瓷研究开发的相关进展,着重介绍了钙钛矿结构无铅压电陶瓷(包括BaTiO3(BT)基无铅压电陶瓷、Bi1/2Na1/2TiO3(BNT)基无铅压电陶瓷、碱金属铌酸盐K1/2Na1/2NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷)、钨青铜结构无铅压电陶瓷及铋层状结构无铅压电陶瓷等不同陶瓷种类的相关体系、制备方法及压电铁电性能,并根据相关性能参数分析了无铅压电器件的应用领域,最后对其发展前景进行了展望。 关键词:无铅压电陶瓷;钙钛矿结构;钨青铜结构;铋层状结构 1引言 压电陶瓷作为一种将机械能与电能相互转换的重要功能材料,因具有稳定的化学特性、优异的物理性能、易于制备各种形状和任意极化方向的材料特性,广泛应用于基于压电等效电路的振荡器、滤波器和传感器,各种类型的水声、超声、电声换能器等,遍及日常生活、工业生产以及军事等领域[1]。 随着电子信息技术的飞速发展,现在对电子元器件的小型化、功能化、低成本、高稳定性的要求更高,压电陶瓷材料及其应用研究也正在加深,期望得到具有性能好、品种多、增值高、污染少等优点的压电陶瓷材料。目前大规模使用的压电陶瓷材料主要是性能优异的以PZT为基的二元系及多元系陶瓷,但是PbO(或Pb3O4)含量约占其原料总量的70%左右,PbO有毒、高温下具有挥发性,在材料的制备过程中不仅危害环境,而且使其化学计量式偏离了计算配方,进而使产品一致性和重复性降低,导致陶瓷性能下降。另外,含铅器件废弃后也会给人类及生态环境带来危害,如果将其回收实施无公害处理,所需成本将很高,甚至远高于当初器件的制造成本[2]。因此,不管是为了满足市场需求,还是出于保护环境,压电陶瓷材料的无铅化是必然趋势 ,进行无铅压电陶瓷及其应用的研究开发将是一个具有现实意义的课题。 2无铅压电陶瓷概况 无铅压电陶瓷,也称为环境协调压电陶瓷,要求陶瓷材料既具有尽可能高的压电性能又具有良好的环境协调性。从20世纪60年代起国内外的科研人员就开始了对铌酸盐和钛酸盐为主的钙钛矿结构无铅压电陶瓷的研究。在近些年来,无铅压电陶瓷的研究开发和应用研究有了实质性的进展,已成为当前铁电压电材料及其应用研究的热点之一,而且无铅压电陶瓷知识产权的竞争非常激烈[3]。随着欧盟的ROSH指令的执行和我国信息产业部的对电子产品的环保要求,在国际和国内的电子产品制造中应用量大、面广的电子封装、焊接、电子浆料和电容器介质材料已经基本实现无铅化,而无铅压电陶瓷目前还没有产业化。 目前,按晶体结构分类,无铅压电陶瓷的研究主要有以下三个系列:钙钛矿结构,含铋层状结构及钨青铜结构等[4]。这些无铅压电材料由于其成份和结构的不同,故其压电性能各有特点,根据器件应用性能参数的要求,实际应用领域也各有侧重。例如,铋层状结

新型电子陶瓷材料在压电器件中的应用前景

新型电子陶瓷材料在压电器件中的应用前景随着科技的发展和创新，电子陶瓷材料在压电器件领域的应用正变得越来越广泛。新型电子陶瓷材料的研究和开发为压电器件的性能提供了巨大的潜力和空间。本文将探讨新型电子陶瓷材料在压电器件中的应用前景。 1. 电子陶瓷材料的定义与特点 电子陶瓷材料，简称电陶瓷，是指能够通过应变或外界电场的作用而发生电荷分离和结构畸变的无机非金属材料。电陶瓷具有良好的压电、介电和机械性能，广泛应用于压电器件、传感器、声学设备等领域。新型电子陶瓷材料以其独特的性能和结构而备受关注。 2. 新型电子陶瓷材料的种类 随着研究的深入，新型电子陶瓷材料不断涌现。目前较为常见的新型电子陶瓷材料有铅锆钛酸钡（PZT）、锆钛酸铅（PZT）、锰酸锂（LiMn2O4）等。这些材料具有不同的结构和性能特点，适用于不同的压电器件应用。 3. 新型电子陶瓷材料在压电器件中的应用前景 （1）压电传感器 新型电子陶瓷材料具有优异的压电性能，可以在压电传感器中发挥重要作用。通过将电子陶瓷材料制成感应器，可以实现对压力、力量和应变等物理量的测量和检测。

（2）声学设备 新型电子陶瓷材料在声学设备领域有着广阔的应用前景。例如，将 电子陶瓷材料应用于扬声器中，可以提高声音的传导效率和音质。 （3）微机电系统（MEMS） 微机电系统是一种结合了微型加工技术和电子技术的系统，它可以 实现微米级的运动和精密控制。新型电子陶瓷材料的应用可以提高MEMS器件的灵敏度和响应速度，进一步拓展了MEMS技术的应用领域。 （4）移动通信 新型电子陶瓷材料在移动通信领域的应用也具有巨大的潜力。例如，通过利用电子陶瓷材料的介电性能制作高频滤波器，可以实现信号的 滤波和调节，提高通信设备的性能。 4. 新型电子陶瓷材料的挑战与发展方向 虽然新型电子陶瓷材料在压电器件中的应用前景广阔，但也面临着 一些挑战和问题。例如，材料的稳定性、成本、可加工性等方面仍需 进一步提高。因此，未来的研究应该着重于改善材料的性能，并探索 其他新型电子陶瓷材料的合成与应用。 5. 结论 新型电子陶瓷材料在压电器件中的应用前景非常广阔。通过不断的 研究和创新，新型电子陶瓷材料可以为压电器件的性能提供巨大潜力

压电器件的用途

压电器件的用途 压电器件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器件。它们广泛应用于各种领域，包括声学、电子、医学等。本文将重点介绍压电器件在以下几个领域的应用。 一、声学领域 压电器件在声学领域有着广泛的应用，其中最为常见的是扬声器和麦克风。扬声器是一种能够将电能转化为声音的器件，它利用压电效应使振动板产生机械振动，从而产生声音。而麦克风则是一种能够将声音转化为电能的器件，它利用压电效应使振动板受到声音的振动，从而产生电信号。 二、电子领域 压电器件在电子领域有着广泛的应用，其中最为常见的是压电晶体管和压电陶瓷电容器。压电晶体管是一种能够将机械压力转化为电信号的器件，它利用压电效应使固体晶体产生电荷，从而产生电信号。而压电陶瓷电容器则是一种能够将电信号转化为机械运动的器件，它利用压电效应使电容器发生形变，从而产生机械运动。 三、医学领域 压电器件在医学领域有着广泛的应用，其中最为常见的是超声波探头和骨科手术器械。超声波探头是一种能够将电信号转化为超声波

的器件，它利用压电效应使晶体振动，从而产生超声波。而骨科手术器械则是一种能够将机械力转化为电信号的器件，它利用压电效应使手术器械发生形变，从而产生电信号。 四、其他领域 除了以上三个领域，压电器件还有着广泛的应用。例如，在航空航天领域中，压电器件被用于飞机的结构健康监测和振动控制；在汽车工业中，压电器件被用于汽车发动机的控制和排放控制；在石油工业中，压电器件被用于油井的控制和监测等等。 压电器件在各个领域中都有着广泛的应用。随着科技的不断发展和创新，压电器件的应用将会越来越广泛，为人们的生活和工作带来更多的便利和创新。

压电材料的性质与应用

压电材料的性质与应用 压电材料是一类特殊的材料，在受到力或压力作用时会发生电极化现象，即电荷会在其表面上累积。这种材料有着广泛的应用领域，如声学、传感器、计量仪器、医疗器械等。本文将介绍压电材料的性质和应用。 1. 压电材料的性质 压电效应是压电材料的特有性质。当一定的压力施加在压电材料表面上时，材料的体积会发生微小变化，引起电荷的分离，从而产生电势差。另一方面，当电场施加在压电材料上时，材料会发生形变，这个效应被称为反压电效应。压电材料因其特殊的性质，不仅在电子设备中广泛使用，也受到了医学、无损检测和航空航天领域的关注。 2. 压电材料的应用 2.1 声学领域

压电材料最先被引用在传声器产业上。当一个声音遇到一个压电晶体时，晶体会以轻微的震动进行反应，并生成电信号，产生声波。所以，压电材料可以应用在扬声器、麦克风、降噪耳机等各种声学设备上。 2.2 传感器领域 压电材料能够将机械能转换成电信号，这种情况在传感器领域中极其重要。例如，土地上的地震活动、楼房上的风荷载，都能产生微弱的振动信号。通过在压电材料表面施加电场，当振动信号作用在压电材料上时，它就会产生电信号，以此来感测处于压电材料表面上的振动信号。压电传感器也广泛运用在无损建筑检测、机械设备监控等场合。 2.3 计量仪表 由于压电材料具有轻质、耐磨损且易于加工等优点，它被广泛应用于日常使用的计量仪器中，如测量器、水表、电表等。采用压电材料，这些计量仪器具有较大的灵敏度和较高的准确性。

2.4 医疗器械 压电材料在医疗设备中应用广泛。例如，压电器件可用于医疗 探头，延长腔镜，提高拍摄准确性。此外，压电技术也应用在专 业的超声设备上，包括检查器和治疗装置等。此外，也有一些压 电器件能够产生定量的机械刺激，提高肌肉治疗效果。 3. 结论 总的来说，压电材料的应用在多个领域广泛，性质独特、灵活、多功能使其成为各种电子、声学、机械、医疗和航空航天等领域 中必不可少的材料。未来，人们将进一步加强对压电材料的研究，拓展其应用领域，同时也会更加注重其在环境友好和可持续发展 领域中的运用。

压电材料与器件物理

压电材料与器件物理 压电材料是一类具有压电效应的特殊材料，它们在外加电场或机械应力下会发生电荷分离，从而产生电压或电荷。压电效应的应用广泛，尤其在传感器、驱动器和换能器等领域有着重要的作用。本文将介绍压电材料的物理特性以及压电器件的工作原理。 我们来了解一下压电材料的物理特性。压电材料可以根据其压电效应的来源分为三类：压电效应、逆压电效应和共轭压电效应。压电效应是指在外加应力下，材料内部的电偶极矩发生变化，从而产生极化电荷。逆压电效应是指在外加电场下，材料内部的电偶极矩发生变化，从而产生机械应变。共轭压电效应是指在外加电场和应力同时存在时，材料表面的电势发生变化。压电材料的压电性能可以通过压电系数来描述，压电系数越大，说明材料的压电效应越强。 压电器件是利用压电材料的压电效应来实现电能与机械能之间的转换。其中，压电传感器是一种将机械信号转换为电信号的器件。当外界施加力或压力时，压电材料会产生压电效应，从而产生电荷或电压信号，通过测量这些信号可以得到相应的机械信号信息。压电传感器具有灵敏度高、响应速度快、线性度好等特点，广泛应用于压力传感、加速度测量、振动检测等领域。 压电驱动器是一种利用压电材料的逆压电效应来实现机械运动的器件。当外加电场施加在压电材料上时，材料会发生形变，从而实现

机械运动。压电驱动器具有响应速度快、精度高、能量转换效率高等特点，被广泛应用于精密定位、微调控制等领域。 压电换能器是一种将电能与声能、光能等其他形式能量之间相互转换的器件。压电换能器利用压电材料的压电效应实现能量的转换。例如，压电陶瓷换能器可以将电能转换为声能，广泛应用于超声波发生器、声纳等领域。压电换能器在能量转换效率、频率响应范围等方面具有优势，因此在能源转换和传感领域有着广泛的应用前景。 压电材料及其器件的物理特性和工作原理对于理解和应用压电技术具有重要意义。通过合理选择压电材料和设计优化压电器件，可以实现高效、高精度的能量转换和信号检测，为各个领域的应用提供了可靠的技术支持。随着科技的不断发展，压电材料与器件物理的研究将进一步推动压电技术的创新和应用。

元器件设计知识点

元器件设计知识点 在电子设备的设计过程中，元器件的选择和设计起着至关重要的作用。本文将介绍一些常见的元器件设计知识点，帮助读者更好地理解 和应用这些知识。 一、电容器（Capacitor） 电容器是一种存储电荷的元器件，常用于滤波、耦合、储能等电路中。根据材料和结构的不同，电容器可分为两极电容器和多极电容器。常见的两极电容器有陶瓷电容器、铝电解电容器和固体电解电容器。 多极电容器常见的种类有电容多层陶瓷电容器和有机电解电容器。 二、电阻器（Resistor） 电阻器是一种用于控制电流和电压的元器件。它的主要作用是限制 电流的通过，根据 Ohm 定律，电流与电阻成反比。在电路中，电阻器 常用于调整电路的电阻值，控制电流的大小，以及分压和限流等应用 场景。常见的电阻器有碳膜电阻器、金属膜电阻器和可调电阻器等。 三、电感器（Inductor） 电感器是一种能储存电磁能量的元器件。它的主要特点是对变化的 电流具有阻抗，能够储存电磁能量并释放。电感器常用于滤波、调节 电流和储能等电路中。常见的电感器有线圈电感器和铁氧体电感器等。 四、晶体管（Transistor）

晶体管是一种用于放大和控制电信号的半导体元器件。它的主要功 能是根据输入信号的大小和极性，在输出端产生相应的增益信号。晶 体管常用于放大器、开关、振荡器和逻辑门等电路中。常见的晶体管 有普通晶体管、场效应晶体管和双极型晶体管等。 五、集成电路（Integrated Circuit） 集成电路是一种将多个电子器件集成到单个芯片上的元器件。它的 主要优点是体积小、功耗低、可靠性高。集成电路广泛应用于计算机、通信、控制等领域。常见的集成电路有逻辑门集成电路、存储器集成 电路和模拟集成电路等。 六、二极管（Diode） 二极管是一种只允许电流单向通过的元器件。它的主要作用是在电 路中起到开关、整流和调节电流的作用。二极管常用于电源、信号调 理和保护电路等应用场景。常见的二极管有硅二极管、锗二极管和肖 特基二极管等。 七、压电器件（Piezoelectric Device） 压电器件是一种通过压电效应将机械能转化为电能或者将电能转化 为机械能的元器件。压电器件广泛应用于传感器、声音产生器、振动 器等领域。常见的压电器件有压电陶瓷、压电晶体和压电纤维等。 总结： 以上是一些常见的元器件设计知识点，每种元器件都有其独特的特 性和应用场景。在电子设备设计过程中，根据具体的需求选择适合的

2023年压电器件行业市场分析现状

2023年压电器件行业市场分析现状 压电器件是利用压电效应产生变形或电荷的器件，广泛应用于声学换能器、振动器、压电传感器、压电驱动器和压电存储器等领域。压电器件行业是电子器件行业的重要组成部分，其市场规模庞大，发展潜力巨大。 1. 市场规模：压电器件行业市场规模庞大，据市场研究报告预测，到2025年，全球压电器件市场规模将达到250亿美元以上。目前，全球压电器件市场以亚洲地区为主导，占据了市场的主导地位。 2. 技术进步：随着科技的不断进步，压电器件的技术水平不断提高。新型材料的研发和应用，使得压电器件在各个领域有着更广泛的应用前景。例如，新型的压电陶瓷材料能够提高压电效应，从而提高器件的性能和稳定性。 3. 应用领域：压电器件在各个领域都有广泛应用。在汽车行业，压电器件用于汽车喇叭和传感器等；在电子产品中，压电器件用于智能手机、平板电脑等设备的振动器；在医疗行业，压电器件用于超声医学仪器和生物传感器等。此外，压电器件还可以应用于能源收集、环境监测等领域。 4. 市场竞争：由于压电器件市场潜力巨大，吸引了众多企业的参与，市场竞争日趋激烈。在亚洲地区，中国、日本和韩国是压电器件产业的主要竞争力。这些企业在产品质量、技术创新和成本控制等方面，具有一定的优势。 5. 发展趋势：未来，压电器件行业将面临一些新的挑战和机遇。一方面，随着人们对能源的需求不断增加，压电器件在新能源领域的应用前景广阔。另一方面，随着人工智能、物联网等技术的发展，对高性能压电器件的需求也在不断增加。

综上所述，压电器件行业是一个庞大而有潜力的市场，技术进步、广泛的应用领域以及激烈的市场竞争都推动着这个行业的发展。随着人们对环境保护和能源问题重视的增加，压电器件行业将迎来更广阔的发展前景。

压电晶体与压电陶瓷的结构、性能与应用

压电晶体与压电陶瓷的结构、性能与应用 摘要：压电晶体与压电陶瓷作为典型的功能材料，具有能实现机械能与电能之间互相转换的工作特性，在电子材料领域占据相当大的比重。本文从压电效应入手，阐述了压电晶体与压电陶瓷的结构原理以及性能特点。针对压电晶体与压电陶瓷在生产实践中的应用情况，综述了其近年来的研究进展，并系统介绍了其在各个领域的应用情况和发展趋势。 关键词：压电晶体压电陶瓷压电效应结构性能应用发展 引言 1880年皮埃尔•居里和雅克•居里兄弟在研究热电现象和晶体对称性的时候，在α石英晶体上最先发现了压电效应。1881年，居里兄弟用实验证实了压电晶体在外加电场作用下会发生形变。1894年，德国物理学家沃德马•沃伊特，推论出只有无对称中心的20中点群的晶体才可能具有压电效应。[1] 石英是压电晶体的代表，利用石英的压电效应可以制成振荡器和滤波器等频率控制元件。在第一次世界大战中，居里的继承人朗之万，为了探测德国的潜水艇，用石英制成了水下超声探测器，从而揭开了压电应用史的光辉篇章。 除了石英晶体外，酒石酸钾钠、BaTiO3陶瓷也付诸应用。1947年美国的罗伯特在BaTiO3陶瓷上加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的压电性。随后，美国和日本都积极开展应用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、音频换能器、压力传感器等计测器件以及滤波器和谐振器等压电器件的研究，这种广泛的应用研究进行到上世纪50年代中期。 1955年美国的B.贾菲等人发现了比BaTiO3的压电性优越的PbZrO3-PbTiO3二元系压电陶瓷，即PZT压电陶瓷，大大加快了应用压电陶瓷的速度，使压电的应用出现了一个崭新的局面。BaTiO3时代难以实用化的一些应用，特别是压电陶瓷滤波器和谐振器以及机械滤波器等，随着PZT压电陶瓷的出现而迅速地实用化了。采用压电材料的SAW滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，上世纪70年代末也已实用化。上世纪70年代初引起人们注意的有机聚合物压电材料（PVDF），现在也已基本成熟，并已达到了生产规模。如今,随着应用范围的不断扩大以及制备技术的提升,更多高性能的环保型压电材料也正在研究中。 一、压电晶体与压电陶瓷的结构及原理 压电效应包含正压电效应与逆压电效应，当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而发生变形时，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，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变，并且受力所产生的电荷量与外力的大小成正比，而当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加交变电场，这些电介质也会发生机械变形，电场去掉后，电介质的机械变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。正压电效应是把机械能转换为电能，而逆压电效应是把电能转换为机械能。 1.1压电效应原理 压电效应的机理是：具有压电性的晶体对称性较低，当受到外力作用发生形

压电式传感器

压电式传感器是基于压电效应的传感器，是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受到力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 2压电式传感器的基本原理 2.1 压电效应 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，又称电致伸缩效应。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，如下图所示。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。 2.2 压电材料 压电式传感器可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。压电陶瓷有属于二元系的钛