论压电效应原理及在陶瓷材料方面的应用

论压电效应原理及在陶瓷材料方面的应用内容摘要：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，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。当作用力的方向改变时， 电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质 也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应, 或称为电致伸缩现象。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，是信息时代的新型材料压电陶瓷是功能陶瓷中应用极广的 种。关键词：压电效应、正压电效应、逆压电效应、原理、应用、陶瓷材料、 压电陶瓷、铁电陶瓷、功能陶瓷、新型材料、电极化。在信息与科技迅速发展的时代，压电效应的原理无论是在科研方面还 是在人们的日常生活中都有广泛的应用。所谓压电效应的原理就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）。具体的而言正压电效应是指：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。而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。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。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而压电陶瓷实际上就是一种经过极化处理的、具有压电效应的铁电陶瓷，是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。压电陶瓷具有 将外力转换成电能的特性，并且压电陶瓷具有敏感的特性。因此，压电陶 瓷就是功能陶瓷中应用极广的一种，是信息时代的新型材料。压电材料的应用领域可以粗略分为两大类：即振动能和超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其 它传感器和驱动器应用。除此之外，还有其它相当广泛的应用，如鉴频器、 压电震荡器、变压器、滤波器等。例如声音转换器，声音转换器是最常见的应用之一。像拾音器、传声 器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以 用压电陶瓷做声音转换器。再例如压电打火机，现在 煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利 用压电陶瓷制成的。只要用手指压一下打火按钮，打火机上的压电陶瓷就 能产生高电压，形成电火花而点燃煤气，可以长久使用。所以压电打火机 不仅使用方便，安全可靠，而且寿命长，例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成 的打火机可使用100万次以上。可以说，压电陶瓷虽然是新材料，却颇具平民性，它用于高科技，但 更多地是在生活中为人们眼务，创造美好的生活。