壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展原版課件

1、你了解壓電材料嗎? 你想知道它的應(yīng)用及發(fā)展嗎？歡迎進入壓電材料的世界材料物理性能Are you ready? 作者：小黃人材料物理性能壓電效應(yīng)機理回顧： 具有壓電性的晶體對稱性較低，當受到外力作用發(fā)生形變時，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導(dǎo)致晶體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現(xiàn)異號電荷。反之，壓電材料在電場中發(fā)生極化時，會因電荷中心的位移導(dǎo)致材料變形。材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第3頁材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第4頁壓電材料原理： 如果對壓電材料施加壓力，它便會產(chǎn)生電位差（稱之為正壓電效應(yīng)），

2、反之施加電壓,則產(chǎn)生機械應(yīng)力（稱為逆壓電效應(yīng)）。如果壓力是一種高頻震動，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產(chǎn)生高頻聲信號（機械震動），即超聲波信號。壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉(zhuǎn)換和逆轉(zhuǎn)換的功能. 由于這些特性，壓電材料廣泛用于傳感器元件 材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第5頁壓電材料的分類：壓電材料無機壓電材料有機壓電材料復(fù)合壓電材料材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第7頁壓電晶體壓電晶體一般指壓電單晶體，這種晶體結(jié)構(gòu)無對稱中心，因此具有壓電性。如水晶（石英晶體）、鎵酸鋰、鍺酸鋰、鍺酸鈦以及鐵晶體管鈮酸鋰、鉭酸鋰等。 壓電陶瓷壓電性強、介電常數(shù)高、可以加工成任意形狀，但機

3、械品質(zhì)因子較低、電損耗較大、穩(wěn)定性差，因而適合于大功率換能器和寬帶濾波器等應(yīng)用，但對高頻、高穩(wěn)定應(yīng)用不理想。 而石英等壓電單晶壓電性弱，介電常數(shù)很低，受切型限制存在尺寸局限，但穩(wěn)定性很高，機械品質(zhì)因子高，多用來作標準頻率控制的振子、高選擇性（多屬高頻狹帶通）的濾波器以及高頻、高溫超聲換能器等。材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第8頁 又稱壓電聚合物，如聚偏氟乙烯（PVDF）（薄膜）及以它為代表的其他有機壓電（薄膜）材料。有機壓電材料：特點：壓電性強、柔性好，特別是其聲阻抗與空氣、水和生物組織很接近，因此PVDF在許多技術(shù)領(lǐng)域都有適用性，特別是用它制作用于液體、生物體及氣體的換能器，可獲得比用其它

4、壓電材料制作的換能器更好的阻抗匹配。此外PVDF有機壓電薄膜還具有相當優(yōu)良的熱電性。換能器：實現(xiàn)電能、機械能或聲能從一種形式的能量轉(zhuǎn)換為另一種形式的能量的裝置稱為換能器，也稱有源傳感器。換能器是超聲波設(shè)備的核心器件，其特性參數(shù)決定整個設(shè)備的性能。材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第10頁壓電材料的主要應(yīng)用：傳感器 驅(qū)動器 換能器機器人材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第13頁應(yīng)用實例一：水聲換能器材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第14頁應(yīng)用前景：1）水下通信：由于鈸式聲納換能器具有體積小、重量輕、易于布放、靈敏度高等特點，因此可以將鈸式聲納陣元組成線列陣用于水下通信，或作為水下通信系統(tǒng)單元建立水下

5、通信網(wǎng)路，實現(xiàn)水下大面積、長距離的通信，而且可以根據(jù)作戰(zhàn)需要，即時改變水下布防位置，使水下通信快捷、靈活。2）用于魚雷制導(dǎo)：鈸式聲納具有較高的接收靈敏度，可以將鈸式聲納應(yīng)用于被動式魚雷，實現(xiàn)魚雷的跟蹤制導(dǎo)。3）用于潛艇接收聲納：可以將鈸式聲納陣元組成共性陣，布置在潛艇頭部或側(cè)面，起到偵查、定位等功能。4）其他：可以作為拖曳聲納、水雷規(guī)避聲納、吊放聲納等。材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第11頁應(yīng)用實例三：雷達CRT顯示器中的 壓電陶瓷變壓器 高壓電源是雷達CRT顯示器中的關(guān)鍵部件.通常雷達CRT顯示器陽極高壓是通過電磁變壓器升壓后獲得的,這種傳統(tǒng)的變壓器在體積和重量等方面都難以適應(yīng)雷達小型化、

6、輕型化的發(fā)展需要,而且變壓器繞組易發(fā)霉、打火、擊穿.這些問題直接影響到CRT顯示器的穩(wěn)定性、可靠性,關(guān)系到其能否正常工作及目標定位的精度。材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第12頁工作原理圖：材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第17頁新型壓電材料： 新型壓電材料是日本科學(xué)技術(shù)振興機構(gòu)與物質(zhì)材料研究機構(gòu)的聯(lián)合研究小組共同開發(fā)出一種基于新原理的壓電材料。這種壓電材料通過增加電場，使物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生伸縮。 這種利用全新原理開發(fā)出的壓電材料的電致伸縮效應(yīng)為歷來同樣材料的40倍。此次開發(fā)的材料不含鉛成分，可實現(xiàn)高性能，對環(huán)境無害的傳感器及換能器制造。 該材料應(yīng)用于超聲成像（特別是醫(yī)用超聲成像）、聲納、微驅(qū)動器等器件可使其性能有重大提高。 這是50多年來無鉛壓電材料的性能首次超越壓電材料的經(jīng)典體系鋯鈦酸鉛，對無鉛壓電材料的研究開發(fā)具有重要意義。材料物理性能壓電材料的應(yīng)用與發(fā)展第18頁參考文獻：1.壓電材料的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀 裴先茹 2010.06 安徽化工中國知網(wǎng)2.壓電材料的發(fā)展與展望 黃國平 2010.01 科技廣場中國知網(wǎng)3.壓電傳感器在血漿粘度檢測中的應(yīng)用 ,2003 年12 月,重慶大學(xué)學(xué)報,熊興良，蔡紹皙，4.壓電材料的研究發(fā)展方向和現(xiàn)狀，2008年5月，蓋學(xué)周，王翔5.壓電陶瓷變壓器在雷達CRT顯示器高壓電源中