压电陶瓷材料的研究和应用

压电陶瓷材料的研究和应用

压电陶瓷材料最早是在20世纪初期被发现，这种材料可以通过施加电压来使

之产生应变，同时也可以通过施加机械应力来使之产生电荷。这种特殊的双向转换能力使得压电陶瓷材料在许多领域都有广泛的应用。在本文中，我们将探讨压电陶瓷材料的研究进展及其应用。

压电陶瓷材料的研究

一般来说，压电陶瓷材料是由多种元素组成的复合材料，其中以铁电氧化物酞

酸钛（PZT）为代表的复合材料最为常见。PZT材料具有高压电系数（大约为

1900-2200pC/N）、优良的压电稳定性、高温稳定性和优良的机械性能等优点，因

此成为目前最为研究和应用广泛的压电材料。

在压电陶瓷材料的制备过程中，发现了许多新的制备方法，如溶胶-凝胶法、

水热法、微波固相法等。这些新方法不仅可以有效地控制制备过程中的微观结构和性能，而且减小了对环境的污染和对资源的浪费。

此外，压电陶瓷材料的复合也是近年来的研究热点之一。研究人员将PZT材料与其他材料进行复合，如金属、陶瓷和高分子等，以改善其力学和电学性能。例如，PZT材料与高分子复合可以提高其可加工性，使其更加适合于微型电子和机电一体化领域的应用。

压电陶瓷材料的应用

由于其特殊的电学和力学性能，压电陶瓷材料被广泛应用于各种领域中。下面

将依次介绍几个常见的应用领域。

1. 声波器件

压电陶瓷材料可以将电能转换成机械能，因此可以作为声波器件的控制元件。

例如，超声波探伤、电声器、声波振荡器等均需要使用压电陶瓷材料。其中，超声

波探伤的应用最为广泛。压电陶瓷材料可以将电信号转换成机械振动，通过控制振幅和频率来实现对物体内部缺陷的探测。

2. 微电子设备

压电陶瓷材料在微电子设备中也有广泛的应用。例如，PZT材料可以作为微马达的驱动元件，可以将微细机构的实现和操作控制简化。此外，压电陶瓷材料还可以应用于光机电一体化的微传感器和微流体器。

3. 智能材料

压电陶瓷材料可以利用其特殊的电学性能来制作智能材料。智能材料是一种具有响应性能的材料，它可以对环境的变化做出自动反应。压电陶瓷材料可以通过加入其他元素来制作出智能材料。例如，以PZT材料为基础制作的热电薄膜可以自主温度调节，实现温度控制功能。此外，PZT材料也可以通过控制电场变化来模拟心脏跳动的规律，应用于仿生医学领域。

4. 航空航天领域

在航空航天领域，压电陶瓷材料的应用也很广泛。例如，利用PZT材料的压电效应可以制作出超声波探测器、陀螺仪和飞行控制器等设备，以及声学发射器和按摩器等器具。此外，压电陶瓷材料还可以应用于人造卫星中，例如温度控制和气压控制等方面。

结语

压电陶瓷材料因其特殊的电学和力学性能，在各个领域都有广泛的应用。随着科技的进步，压电陶瓷材料的制备方法不断改进，应用范围也在不断扩大。预计未来，压电陶瓷材料还将在更多的领域中发挥作用。

压电陶瓷的工作原理及其应用

压电陶瓷的工作原理及其应用 1. 压电陶瓷的基本原理 压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，其工作原理基于压电效应。压电效应是指某 些材料在受到机械压力或电场作用下会产生电荷分离现象，即产生电势差。这种效应是由于材料内部的极化现象引起的，极化是指材料中正负电荷的分离。 2. 压电陶瓷的结构与特点 压电陶瓷一般由无定形晶体、颗粒晶体和晶界组成。其特点如下： •高电机械耦合系数：压电陶瓷具有较高的电机械耦合系数，能够将电能转化为机械能，或将机械能转化为电能，实现能量的转换与传递。 •快速响应：压电陶瓷具有快速的响应速度，能够在微秒级别内完成极性的调制。 •宽频带：压电陶瓷具有宽频带特性，可以在广泛的频率范围内工作。 •高机械强度：由于陶瓷材料的特性，压电陶瓷具有较高的机械强度，能够承受较大的压力和应变。 3. 压电陶瓷的应用领域 由于压电陶瓷具有独特的性能和特点，因此在许多领域都得到了广泛的应用。 以下是一些典型的应用领域： 3.1 声波发生器 压电陶瓷可以通过施加电压产生机械振动，从而产生声音。这种原理被广泛应 用于声波发生器。声波发生器可以用于音响系统、通信设备、超声波清洗等领域。 3.2 光学补偿器 压电陶瓷的机械运动可以精确地控制光学系统的聚焦和调节，用于光学补偿器。光学补偿器广泛应用于光学镜头的聚焦、激光器的调谐、光学仪器的校准等领域。 3.3 调谐器 压电陶瓷可以通过改变施加在其上的电场来调整其压电性能，从而实现频率的 调谐。调谐器广泛应用于无线电通信、雷达系统、天线系统等领域。

3.4 振动传感器 压电陶瓷具有较高的灵敏度和快速响应特性，可用作振动传感器。振动传感器 可以应用于机械设备的故障诊断、结构健康监测等领域。 3.5 压电变压器 压电陶瓷可用于制造压电变压器，用于电能的转换与传输。压电变压器具有高 效率、小体积、轻质量等优点，被广泛应用于电力传输、电力分配等领域。 4. 压电陶瓷的未来发展 压电陶瓷作为一种具有特殊性能和广泛应用领域的材料，其未来发展前景广阔。以下是一些可能的未来发展方向： •新材料研究：目前，压电陶瓷主要由铅酸钛酸锆（PZT）等材料制成，未来可以研究开发新的压电材料，以提高性能和拓宽应用领域。 •纳米技术应用：纳米技术可以改变材料的物理、化学和结构特性，可以应用于压电陶瓷材料，进一步提高其性能和应用范围。 •新领域应用：随着科技的发展，新的应用领域不断涌现。压电陶瓷可以进一步拓展应用领域，例如生物医学、人工智能等领域。 •多能互补技术：压电陶瓷可以与其他能量转换技术相结合，形成多能互补系统，实现能源的高效转换和利用。 综上所述，压电陶瓷的工作原理基于压电效应，具有广泛的应用领域和潜力。 随着科技的不断进步和研究的深入，压电陶瓷的性能和应用领域将会得到进一步的拓展。

压电陶瓷材料的发展及应用

压电陶瓷材料的发展及应用 美国Sandia研究所的Haertling在1964年发现，如果在Pb(Ti,Zr)O 3 中 添加少量的Bi 2O 3 进行热压成型时,烧结得很好，这种多晶材料的铁电电滞回线呈 现明显的矩形特性。此后，兰德（Land）等人发现，这种陶瓷被研磨成薄片时透光度高，随着晶体粒度的不同显示出二种电光学效应，即粒度为2微米以上的极化了的粗晶粒陶瓷片，散射光的强度随着极化轴的角度发生变化；2微米以下的微细晶粒陶瓷片,则呈现出以极化为光轴的单轴性负光学各向异性,双折射率随偏置电压的改变而变化.这种陶瓷是一种很有价值的新型电光学材料.这一发现是铁电性透明陶瓷展的开端。 1971年美国Haertling和Land用La置换一部分Pb的 Pb 1-x La x (Zr y Ti i-y ) 1-(x/4) O 3 组成(简称PLZT)进行热压烧结成型,所得陶瓷研磨的薄片 具有电控双折射、电控可变光散射等特性,可用作关阀、电光调制器和光记忆元件,PLZT是一种很有价值的新型电子材料,是20世纪70年代铁电陶瓷的重大进展。 透明铁电压电陶瓷的问世,一方面是由于客观上性技术的发展对铁电压电陶瓷材料在电光方程面的应用提出了要求,另一方面,是由于长期以来人们对铁电压电陶瓷进行了大量的研究实践(特别是热压工艺)的结果。具体的工作在1967年左右开始,1970年5月宣布了透明铁电陶瓷试制成功,随后报道了各种应用研究,1972年改进了工艺方法,提高了厚片的透明度,1973年又发展了不用热压而用通氧烧结的方法成功地制造了较大面积的透明铁电压电陶瓷。在此期间,陆续报道的各种有关的应用或实验结构有铁电显示器、光阀、光信息存贮器、偏置应变存贮显示器件、反射式偏置应变存贮显示器件、散射式存贮显示器件、染料激光波长选择器件、全息存贮输入器件等等。各方面应用的研究正在不断发展中. 透明铁电压电陶瓷的发展,给铁电压电陶瓷开辟了新的应用领域－电光应用,过去电光器件用的是单晶铁电材料,但由于单晶材料存在一些缺点,例如尺

压电陶瓷发电特性及其应用研究共3篇

压电陶瓷发电特性及其应用研究共3 篇 压电陶瓷发电特性及其应用研究1 压电陶瓷发电特性及其应用研究 压电陶瓷是一种能够将电能和机械能相互转换的材料，其具有很强的压电效应和角电效应。因此，它在能量转换和储存领域中具有广泛的应用。本文将重点介绍压电陶瓷的发电特性及其应用研究。 1. 压电陶瓷的发电特性 压电陶瓷的发电机制是基于压电效应。当施加外力或压力时，它会产生电荷分布不均的情况，从而产生电势差并形成电流。这种电荷分布的不均匀是压电效应的直接结果。另一方面，压电陶瓷也具有角电效应。当施加过电压时，它可以被用作电极化器，在没有任何电学信号的情况下将机械幅度转换为电学信号。 2. 压电陶瓷的应用研究 2.1 压电陶瓷发电机 压电陶瓷发电机可以将机械能转换为电能。它可以通过施加外力来刺激压电陶瓷并流过电流。由于其结构简单、可靠性高、

无污染、可靠性高等特点，压电陶瓷发电机受到了广泛的关注。 2.2 压电能量收集装置 压电能量收集装置是将压电陶瓷与电容器等元件结合使用，以收集从机械系统中产生的微弱电能。其中一种常见的应用是使用人体步态能量来为电子设备充电。此外，还可以通过将压电元件与振动绝缘和滤波元件结合使用来收集车辆振动或其他环境振动中的能量，以实现稳定、可靠的电源供应。 2.3 压电陶瓷传感器 压电陶瓷传感器被广泛应用于建筑结构、机器人、生物医学监测和流量计等领域。例如，压电陶瓷传感器可用于对结构的物理变形和应力进行测量，以便进行健康监测。另外，它还被用作假肢控制和人机交互的红外触摸传感器。 3. 结论 压电陶瓷发电具有广泛的应用前景，但其性能需要进一步提高。研究应该重点关注如何提高压电陶瓷的输出功率和增加其工作寿命。此外，在应用中，还应注意减小压电陶瓷的失效率以及尽可能减少它在安装中的受外部机械、化学和热损害的风险 综上所述，压电陶瓷作为一种新型的能量转换材料，具有着广泛的应用前景。通过应用研究可发现，压电陶瓷在发电、能量收集和传感器领域都具有非常重要的应用前景。但是，压电陶

压电陶瓷的力学特性与应用研究

压电陶瓷的力学特性与应用研究 压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应，并且能够将机械能转化为电能和电能转化为机械能。它因为其独特的力学特性和广泛的应用领域而备受研究者的关注。本文将对压电陶瓷的力学特性和应用进行探讨。 首先，压电陶瓷的力学特性是其研究的关键。压电陶瓷可以通过施加力或应力来产生电荷分离。这种电荷分离的效应称为压电效应。压电陶瓷的力学特性不仅涉及到宏观的力学性能，还包括微观结构与力学性能之间的关系。研究人员通常通过实验测量和数值模拟等方法来研究压电陶瓷的力学特性。 其次，压电陶瓷的力学特性对其应用具有重要的影响。压电陶瓷的力学性能决定了其在传感器、换能器、驱动器等领域的应用效果。例如，在传感器领域，压电陶瓷可以通过压力的变化来产生相应的电信号，从而实现对压力的测量。在换能器领域，压电陶瓷可以将电能和机械能相互转换，实现声波的发射与接收。在驱动器领域，压电陶瓷可以通过压电效应来实现微调等功能。 在实际应用中，压电陶瓷的力学特性需要根据具体的场景进行设计和优化。例如，在传感器设计中，需要考虑到压力范围、灵敏度等因素，以保证传感器的准确性和可靠性。在换能器设计中，需要考虑到频率响应、转换效率等因素，以保证换能器的性能和稳定性。在驱动器设计中，需要考虑到输出力量、工作频率等因素，以保证驱动器的效率和可控性。 此外，压电陶瓷的力学特性还可以通过添加掺杂物和改变微结构来进行调控。例如，通过引入一些掺杂物可以改变压电陶瓷的晶体结构和晶体形貌，从而改变其力学性能。同时，通过改变压电陶瓷的烧结温度和烧结时间等参数，也可以对其力学性能进行调节。 总结起来，压电陶瓷的力学特性是其应用研究的基础。研究压电陶瓷的力学特性不仅可以揭示其内在机理，还可以为其应用领域提供理论指导和技术支持。随着

压电陶瓷用途

压电陶瓷用途 压电陶瓷是一种特殊的陶瓷材料，具有压电效应。它在应用领域有着广泛的用途。本文将从几个方面介绍压电陶瓷的用途。 一、传感器领域 压电陶瓷具有压电效应，当施加力或压力时，会产生电荷或电压。因此，它在传感器领域有着重要的应用。例如，压电陶瓷可以用于压力传感器，通过测量电荷或电压的变化来测量外界压力的大小。此外，压电陶瓷还可以用于加速度传感器、力传感器、声音传感器等。 二、声学设备领域 压电陶瓷在声学设备领域有着广泛的应用。例如，压电陶瓷可以用于扬声器，通过施加电压来产生声音。同时，它也可以用于麦克风，通过感应声音振动来产生电信号。此外，压电陶瓷还可以用于超声波发生器、声纳等声学设备。 三、机械设备领域 由于压电陶瓷具有压电效应和压电逆效应，可以将机械能转化为电能，也可以将电能转化为机械能。因此，在机械设备领域有着广泛的应用。例如，压电陶瓷可以用于振动器，通过施加电压来产生机械振动。同时，它也可以用于马达或执行器，通过施加电压来实现精确的运动控制。

四、医疗设备领域 压电陶瓷在医疗设备领域也有着重要的应用。例如，压电陶瓷可以用于超声波医疗设备，通过施加电压来产生超声波，用于医学诊断和治疗。此外，压电陶瓷还可以用于人工耳蜗，将声音转化为电信号，帮助聋哑人恢复听力。 五、电子设备领域 压电陶瓷在电子设备领域也有着广泛的应用。例如，压电陶瓷可以用于压电陶瓷滤波器，通过施加电压来改变其振动频率，实现信号的滤波和调谐。此外，压电陶瓷还可以用于电子驱动器、电子开关等电子设备。 压电陶瓷具有广泛的应用领域，包括传感器、声学设备、机械设备、医疗设备以及电子设备等。它的独特性能使其成为许多领域中不可或缺的材料。随着科技的不断发展，相信压电陶瓷的应用领域还将不断拓展和深化。

压电陶瓷材料在储能装置中的应用

压电陶瓷材料在储能装置中的应用随着科技的不断进步，人们的生活水平也在不断提高，同时能 源的需求也不断增加。因此，储能装置的需求也越来越迫切，而 这时压电陶瓷材料的应用便大有作用。本文将重点探讨压电陶瓷 材料在储能装置中的应用。 一、压电陶瓷的基本概念 压电陶瓷，指的是在某些特定电压下，受到压力或拉伸引起表 面电势变化的陶瓷材料。它具有一定的压电效应和热稳定性，并 且具有高硬度、高强度、高耐磨性等特点。因此，压电陶瓷材料 常被用作机电式传感器、振动器、滤波器等电子元器件中。 二、压电陶瓷材料在储能装置中的应用 由于压电陶瓷材料具有压电效应，在机械应力下会产生电荷分布，因此其在储能装置中具有很好的应用前景，可以用于储能元 件中的电荷存储和转换，进而实现储能装置的高效率、高储能量、高安全性等特点。

1.压电陶瓷在电容储能装置中的应用 电容储能装置是利用电场将电荷密度分布在两个电极之间，实现能量的储存和释放。而压电陶瓷具有压电性质和电容性质，因此在电容储能装置中有着广泛的应用。利用压电陶瓷材料的压电效应，可以通过施加机械振动来实现能量的储存，而通过施加电场，则可以将其中的能量释放出来。 2.压电陶瓷在电池储能装置中的应用 电池储能装置是利用化学反应将化学能转换成电能，实现能量的储存和释放。虽然电池储能装置已经得到了广泛的应用，但是其具有一些缺陷，例如成本高、寿命短、储能密度低等。而压电陶瓷材料则具有良好的力学性能和电性能，因此在电池储能装置中也有着广泛的应用前景。 通过在电池储能装置中引入压电陶瓷材料，可以提高其储能密度和寿命，同时还可以增加其储能效率和稳定性，从而实现更加高效和安全的储能。

压电陶瓷应用研究进展

引言压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料 ,它具有压电效应。所谓压电效应是指由应力诱导出极化 (或电场 ) ,或由电场诱导出应力 (或应变 )的现象 ,前者为正压电效应 ,后者为负压电效应 ,两者统称为压电效应。目前为止 ,压电陶瓷的这种压电效应已被应用到与人们生活密切相关的许多领域 ,遍及工业、军事、医疗卫生、日常生活等。可见压电陶瓷应用的研究意义非常重大。随着新工艺和新材料的出现 ,压电陶瓷应用日新月异 ,本文描述了一些压电陶瓷新应用成果。2压电陶瓷的广泛应用压电陶瓷的应用十分广泛。大体说来 ,可分为频率控制、换能传感和光电器件等方面。2 1压电陶瓷频率控制器件压电频率控制器件有滤波器、谐振器和延迟线等 ,这类器件使用于道倍机、微机、彩电延迟电路等中。压电陶瓷片 (压电振子 )在外加交变电压作用下 ,会产生一定频率的机械振动。在一般情况下这种振动的振幅很小 ,但是当所加电压的频率与压电振子的固有机械振动频率相同时会引起共振 ,振幅大大增加。这时 ,交变电场通过逆压电效应产生应变 ,而应变又通过正压电效应产生电流 ,电能和机. 免费能源--压电陶瓷的新用途。 压电陶瓷 4000千瓦压电能量回收系统在以色列的高速公路（一公里能发出的电力是400千瓦电 能。) 压电陶瓷是我们常见的“免费能源”比如，你身上的打火机。你家煤气炉子的打火器。 还有压电陶瓷扬声器。 但是有没有人想过：用她来建一座发电厂呢？ 以色人就想到这点。并且…建成?--以汽车驶过。路基受压。的压电陶瓷公路。这种压力是 不必付 款的免费能源。只要初期投资。以后将不必要任何"能源"的再投入。而且永远免费。

压电陶瓷的基本原理和应用

压电陶瓷的基本原理和应用 1. 压电陶瓷的定义 压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，能够在受到力或压力作用下产生电 荷并反之也能将电荷转换为力或位移。它是一种特殊的功能陶瓷材料，具有压电效应、热释电效应和压阻效应等特性。 2. 压电陶瓷的基本原理 压电效应是压电陶瓷的基本原理，它是指在某些特殊的材料中，当受到力或压 力作用时，内部原子或分子发生畸变，产生极化，并形成正负电荷的分离。当压力消失时，电荷又会聚集在一起。 压电陶瓷的基本原理可以用以下几个方面来解释： •压电效应：当施加压力时，陶瓷会产生电荷，并导致其内部结构的畸变。 •电压效应：当施加电压时，陶瓷会发生形变。 •应变效应：当施加外力时，陶瓷会产生与力大小相等的位移。 3. 压电陶瓷的结构和组成 压电陶瓷通常由钛酸锆、铅锆酸钛、硅酸铅和双碱玻璃等高温烧结材料制成。 它的结构可以分为两个部分： •基体：主要由粒子组成的陶瓷基底，具有良好的断裂性能和机械强度。 •极化层：位于基体表面的极化层，负责传递外界压力或电场对陶瓷的刺激。 4. 压电陶瓷的应用领域 由于其特殊的物理性质和压电效应，压电陶瓷在许多领域都有广泛的应用。 4.1 声学器件 压电陶瓷广泛应用于声学器件中，如扬声器、听筒、麦克风等。压电陶瓷的压 电效应可以将电能转换成声能，可以将声音信号转化为电信号，实现声音的放大、传输和感应。

4.2 传感器 压电陶瓷的应变效应使其成为理想的传感器材料。压电传感器可以用于测量压力、力、加速度、形变等物理量，并将其转化为电信号进行采集和分析。 4.3 振动与控制 压电陶瓷的振动和控制特性使其在仪器仪表、振动传感器和控制系统中有广泛 应用。它可以用于实现精确的振动控制，如减震、精密定位和振动补偿等。 4.4 超声波技术 压电陶瓷的超声波性质使其在医疗、材料研究和工业领域中得到广泛应用。压 电陶瓷可以用于制造超声波发生器和传感器，实现超声波的产生、检测和测量。 4.5 压电陶瓷电源 压电陶瓷可以利用压电效应将机械能转化为电能，用于制造压电陶瓷电源。压 电陶瓷电源具有高能量密度、长寿命、快速响应和无污染等特点，广泛应用于无线传感器、医疗器械、绿色能源等领域。 5. 压电陶瓷的优势和发展前景 •优势：压电陶瓷具有高频率响应、稳定性好、能耗低、可靠性高和体积小等特点，适用于微型化和集成化的应用。 •发展前景：随着科技的不断发展，压电陶瓷在传感器、声学器件、无线电子等领域的需求不断增长，其在智能硬件、无线通信、医疗设备等领域有着广阔的发展前景。 结论 压电陶瓷是一种具有压电效应的陶瓷材料，能够将压力或力学变化转化为电荷，并相反地将电信号转化为力或位移。它在声学器件、传感器、振动与控制、超声波技术和压电陶瓷电源等领域有广泛的应用。随着科技的进步，压电陶瓷有着广阔的发展前景。

压电陶瓷材料及其应用研究

压电陶瓷材料及其应用研究 第一章压电陶瓷材料基础知识 压电陶瓷是指具有压电效应的陶瓷材料，压电效应是指在一个 压电器件的两侧施加外电场后，会在其内部产生一个机械应力， 反之，如果在机械应力作用下，会产生电荷积累。压电陶瓷材料 被广泛应用于传感器、无线电器件、声波过滤器等领域，具有体 积小、响应速度快、稳定性好等特点。 常见的压电陶瓷材料有Lead-Zirconate-Titanate（PZT）、Barium-Titanate（BaTiO3）、Lithium Tantalate（LiTaO3）等。其中，PZT材料具有良好的压电性能和电气机械耦合性能，是压电 陶瓷材料中应用最为广泛的一种。 第二章压电陶瓷材料制备方法 1. 固相反应法 该方法是基于化学计量比混合原料，并在高温下发生化学反应，在固相反应中形成所需的晶相。该方法可以制备纯度高、晶体颗 粒细小的PZT陶瓷材料，但需要高温处理，产生的副产物难以处理。 2. 溶胶-凝胶法

该方法将金属盐溶于有机溶剂中，形成溶胶，再通过加热蒸发 使其凝聚成凝胶状，最后通过热处理制得陶瓷材料。该方法制备 的PZT材料具有颗粒尺寸小、分散性好、细微晶体等特点，但制 备周期长。 3. 水热法 该方法将金属盐溶于水中，通过调整处理参数，如反应时间、 温度、pH值等，形成纳米颗粒，然后通过高温处理制得陶瓷材料。该方法制备的PZT材料颗粒尺寸小、分散性好，在微波器件中应 用广泛。 第三章压电陶瓷材料应用 1. 传感器领域 PZT材料因其良好的压电性能已经被广泛应用于传感器领域。 如测量温度、压力、流量、荷重等，电极与陶瓷材料相连接，通 过检测材料的压电效应，将所需测量转化为电信号输出。 2. 无线电器件领域 PZT材料因具有良好的电气机械耦合效应，在无线电器件中应 用广泛，如滤波器、振子等。滤波器中的PZT材料通过调节膜的 频率和带宽来实现滤波效果，振子通过PZT材料生产机械振动并 发出声波信号。

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

压电陶瓷材料的性质研究与应用

压电陶瓷材料的性质研究与应用 压电陶瓷材料是指在外加电场作用下能够发生形变，而在外加形变作用下又能 够产生电荷分布的一种特殊材料。它是一种具有卓越性能的功能材料，具有压电、电磁、光学、声学、磁学等多种特性，被广泛应用于传感、仪器、通讯、医疗、能源、军事等领域。 一、压电陶瓷材料的性质 压电效应是指当施加压力时，材料会产生电荷分布是由于材料在压力下对晶格 间距进行拉伸或压缩，从而导致材料在电性上产生变化。与之相反，当施加电场时，材料也会发生形变。 压电陶瓷材料是一种非常优秀的压电材料，具有稳定的机械性能、良好的化学 稳定性、高压电系数、极高的Q值、较大的耐热和耐湿性能。目前，常用的压电 陶瓷材料主要有PZT（铅锆钛）、PMN-PT（铅镁铌酸钛）、PNZT（铅钇锆钛）等。 二、压电陶瓷材料的应用 压电陶瓷材料是一种功能材料，广泛应用于传感、控制、振动、谐振、储能等 领域。以下是几个典型的应用案例。 （1）传感器 压电传感器是压电材料广泛应用的领域之一。利用压电陶瓷材料的压电效应， 将压电陶瓷材料作为敏感元件，制成各种传感器。 例如，对于水下传感器，采用压电陶瓷材料的压电效应，可以使传感器具有压 力传感、压力传递、声波传输等功能。同时，还可以使水下传感器具有扩张性、延伸性、防震性等优良性能。

（2）谐振器 谐振器是利用谐振现象的设备，可以用于精确测量、频率控制、稳定器等领域。压电陶瓷材料的高压电系数、低损耗、温度稳定性较好的性能，使它成为制备谐振器的优良材料。 例如，对于陶瓷振荡器，采用压电陶瓷材料可以制作出更为灵敏、更为精准的 振荡器。 （3）控制器 压电陶瓷材料可以通过改变外加电场的大小和方向，实现精密的机械控制。而 且由于压电效应是一种瞬态响应，因此压电陶瓷材料的机械响应很快，可以快速并精确地实现机械控制。 例如，对于固体流量控制器，采用压电陶瓷材料可以实现流量快速自动调节。三、未来展望 随着信息技术的快速发展，传感、通讯、能源等领域对功能材料的需求日益增加，压电陶瓷材料的应用前景非常广阔。未来，压电陶瓷材料的新型材料设计和制备技术将成为研究热点，同时，随着高性能计算技术的发展和电子器件的微型化，将有更多的应用场景需要压电陶瓷材料的协助。

压电陶瓷发展前景及应用

压电陶瓷的概念及发展应用 摘要：压电陶瓷作为重要的功能材料在电子材料领域占据相当大的比重。近几年来，压电陶瓷在全球每年销售量按15%左右的速度增长，据资料统计，2000年全球压电陶瓷产品销售额约达30亿美元以上。本文主要介绍压电陶瓷的概念和应用范畴、应用实例、前景，带领大家了解陶瓷家族中的一员----压电陶瓷。 关键词：陶瓷压电陶瓷压电效应应用范畴应用实例 一、基本概念 压电陶瓷是指把氧化物混合(氧化锫、氧化铅、氧化钛等)高温烧结、和电能互相转换的功能陶瓷材料，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。 压电效应是指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。这种奇妙的效应已经被科学家应用在与人们生活密切相关的许多领域，以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。 二、压电陶瓷的应用范畴 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。用两个直径3毫米、高5毫米的压电陶瓷柱取代普通的火石，可以制成一种可连续打火几万次的气体电子打火机。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，以及超声清洗、超声医疗，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。 压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，并将极其微弱的机械振动转换成电信号。利用压电陶瓷的这一特性，可应用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等方面。

1、在军事上，在潜入深海的潜艇上，都装有人称水下侦察兵的声纳系统。它是水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷的不可缺少的设备，也是开发海洋资源的有力工具，它可以探测鱼群、勘查海底地形地貌等。在这种声纳系统中，有一双明亮的"眼睛"--压电陶瓷水声换能器。当水声换能器发射出的声信号碰到一个目标后就会产生反射信号，这个反射信号被另一个接收型水声换能器所接收，于是，就发现了目标。目前，压电陶瓷是制作水声换能器的最佳材料之一。 2、在医学上，医生将压电陶瓷探头放在人体的检查部位，通电后发出超声波，传到人体碰到人体的组织后产生回波，然后把这回波接收下来，显示在荧光屏上，医生便能了解人体内部状况。 3、在工业上，地质探测仪里有压电陶瓷元件，用它可以判断地层的地质状况，查明地下矿藏。还有电视机里的变压器--电压陶瓷变压器，它体积变小、重量减轻，效率可达60%～80%，能耐住3万伏的高压，使电压保持稳定，完全消除了电视图象模糊变形的缺陷。在玩具小狗的肚子中安装压电陶瓷制作的蜂鸣器，玩具都会发出逼真有趣的声音。在汽车上应用：在汽车的制动器活塞里安装一种简单的压电陶瓷致动器，向内部制动杉块的支撑板施加“抖动”频率，有效抑制产生尖利噪音的振动，从而能在温度湿度变化和刹车系统正常磨损的情况下发挥作用。压电陶瓷也可用作汽车的压电陶瓷爆震传感器、超声波传感器、加速度传感器等类别。压电陶瓷在汽车燃油系统的喷油器上应用目前处于最前沿的开发阶段。 4、在航天领域，压电陶瓷制作的压电陀螺，是在太空中飞行的航天器、人造卫星的"舵"。依靠"舵"，航天器和人造卫星，才能保证其既定的方位和航线。小巧玲珑的压电陀螺灵敏度高，可靠性好。 三、压电陶瓷的应用实例 1.压电陶瓷喷油器 压电陶瓷喷油器柴油机系统是迄今为止柴油机电控喷油技术中，结构最完善、性能最先进、技术难度最大、最有发展前途的电控喷射系统。它具有以下特征:高压的产生和喷油控制是分别独立进行的，喷油压力可以根据发动机的运行工况，在较宽范围内进行调节;它还能实现预喷射、主喷射以及多次喷射等;可以自由地改变喷油参数和喷油形态可以高自由度地控制燃油喷射，大大提高柴油机的燃烧效率、降低排放水平、提高发动机的性能。 （1）、德国公司到目前为止共设计了3代高压共轨系统。第一代于1977年7月批量投放市场，喷射压力达135MPa，主要应用于轿车。第二代2000年开始批量生产，最大系统压力提高到160MPa，并开始使用具有油量调节功能的高压油泵、经改进的电磁阀喷油器，喷射循环由预喷射、主喷射和多级喷射等多次喷射组成，采用降噪新技术。第三代产品于2003年5月推出，最高压力可达160MPa。2005年末推出的第三代共轨系统的改进型采用了压电陶瓷执行器，其运动部件由原来的4个减少为1个，运动质量减少75%，开关时间比电磁阀少50%。该系统的喷射压力为160MPa，喷油器响应时间为0.lms，每次循环可实现5次喷射。目前正在开发的第四代共轨喷射系统，最高喷射压力可达 25OMpa，并允许喷油压力逐步上升。 （2）、日本电装公司:其典型代表是它的ECU一UZ系统。该系统由高压油泵、共轨、喷油器、和ECU各种传感器组成。高压油泵上有一个泵控制阀PCV，共轨压力由高压油泵的供油量来控制。安装在共轨上的压力传感器对油压进行反馈控制，使之维持在由发动机转速和负荷确定的目标值。喷油量取决于施加在三通阀上的喷油脉宽，喷油正时取决于喷油脉冲施加于三通阀的时刻。ECU一UZ系统能实现对喷油量、喷油正时、喷油

压电陶瓷材料在机械振动反馈控制中的应用研究

压电陶瓷材料在机械振动反馈控制 中的应用研究 摘要：机械振动是工程中常见的一个问题，它不仅会影 响设备的性能和寿命，还会给使用者带来不便和危险。为 了有效控制振动，科学家们研究了多种方法，其中一种是 利用压电陶瓷材料进行振动反馈控制。本文将详细介绍压 电陶瓷材料在机械振动反馈控制中的应用研究。 1. 引言 机械振动是机械系统中常见的现象，它在诸多领域中均 有出现，如机械制造、交通运输等。由于振动会导致设备 的损坏和性能下降，因此控制振动具有重要的工程应用价值。而压电陶瓷材料以其特有的性能在机械振动反馈控制 中得到了广泛应用。 2. 压电陶瓷材料的基本原理 压电陶瓷材料是一种具有压电效应的材料，它能够在外 加电场的作用下发生形变，而在外力作用下也会产生电荷。

这种双向转换的性质使得压电陶瓷材料在机械振动控制中 具有潜在的应用价值。 3. 压电陶瓷材料在振动控制中的作用机制 压电陶瓷材料在振动控制中主要通过两种方式发挥作用：一是作为能量转换器将机械振动能量转换为电能，二是作 为振动传感器将机械振动信号转换为电信号。 4. 压电陶瓷材料的应用案例 4.1 振动控制器件 压电陶瓷材料可以作为振动控制器件，通过对控制器件 施加电压，改变其几何形状，从而改变机械系统的特性， 达到降低振动幅值的效果。例如，在飞机结构的振动控制中，可以利用压电陶瓷材料作为控制器件，通过对其施加 电压来抵消飞机振动带来的不利影响。 4.2 振动传感器 压电陶瓷材料还可以作为传感器，通过测量机械系统的 振动信号来实现反馈控制。例如，在建筑结构的振动监测中，可以利用压电陶瓷材料作为传感器，通过测量结构的

压电陶瓷材料

压电陶瓷材料

压电陶瓷材料 摘要： 本文包括压电陶瓷压电陶瓷的产生发展，机理，生产及其应用，从各方面阐述了压电陶瓷材料的种种物理性能，以及压电陶瓷为我们生活带来的便利，对科技发展带来的种种贡献。 前言： 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应 ,压电陶瓷除具有压电性外 ,还具有介电性、弹性等, 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。随着现代电子信息技术的飞速发展 ,对于性能优异的压电陶瓷材料的开发和探索已成为各国研究的热点问题。本文专注介绍了压电陶瓷的产生发展，机理，生产及其应用，从各方面阐述了压电陶瓷材料。 压电陶瓷发展史： 1880年，居里兄弟首先发现电气石的压电效应，从此开始了压电学的历史。1881年，居里兄弟实验验证了逆压电效应，给出石英相同的正逆压电常数。 1894年，Voigt指出，仅无对称中心的二十种点群的晶体才有可能具有压电效应，石英是压电晶体的一种代表，它被取得应用。第一次世界大战，居里的继承人郎之万，最先利用石英的压电效应，制成了水下超声探测器，用于探测潜水艇，从而揭开了压电应用史篇章。第二次世界大战中发现了BaTiO3陶瓷，压电材料及其应用取得划时代的进展。1946年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，在钛酸钡铁电陶瓷上施加直流高压电场，使其自发极化沿电场方向择优取向，除去电场后仍能保持一定的剩余极化，使它具有压电效应，从此诞生了压电陶瓷。

压电陶瓷概念： 压电材料分为压电晶体和压电陶瓷。 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。 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。 压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料-压电效应,压电陶瓷除具有压电性外, 还具有介电性、弹性等, 已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等。压电陶瓷利用其材料在机械应力作用下，引起内部正负电荷中心相对位移而发生极化，导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷即压电效应而制作，具有敏感的特性。笼统而言，压电陶瓷即通过外界刺激可以产生电压的陶瓷材料。 压电陶瓷和电致伸缩陶瓷都是电介质 ,电介质在电场的作用下有两种效应 ,即逆压电效应和电致伸缩效应。其中逆压电效应是指电介质在外电场的作用下产生应变 ,应变大小与电场大小成正比 ,应变的方向与电场方向有关。 压电陶瓷的基本原理： 1.电畴： 通常，铁电体自发极化的方向不相同，但在一个小区域内，各晶胞的自发极化方向相同，这个小区域就称为铁电畴。两畴之间的界壁称为畴壁，根据两个电畴的自发极化方向，可分为90°畴壁、180°畴壁等。畴壁通常位于晶体缺陷附近，因为缺陷区存在内应力，畴壁不易移动。相邻电畴的取向一般都是“首尾相接”的（图2），在应力场作用下也会出现“头对头，尾对尾”的特殊形态以利于降低自由能。观察电畴可以采用化学腐蚀法、偏光显微镜法和X射线形貌法等。