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壓電材料原理

2020-07-27 11:34:11

鐵電測試


基本介紹

受到壓力作用時會在兩端麵間出現電壓的晶體材料。1880年,法國物理學家P. 居裏和J.居裏兄弟發現,把重物放在石英晶體上,晶體某些表麵會產生電荷,電荷量與壓力成比例。這一現象被稱為壓電效應。隨即,居裏兄弟又發現了逆壓電效應,即在外電場作用下壓電體會產生形變。壓電效應的機理是:具有壓電性的晶體對稱性較低,當受到外力作用發生形變時,晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合,導致晶體發生宏觀極化,而晶體表麵電荷麵密度等於極化強度在表麵法向上的投影,所以壓電材料受壓力作用形變時兩端麵會出現異號電荷。反之,壓電材料在電場中發生極化時,會因電荷中心的位移導致材料變形。

利用壓電材料的這些特性可實現機械振動(聲波)和交流電的互相轉換。因而壓電材料廣泛用於傳感器元件中,例如地震傳感器,力、速度和加速度的測量元件以及電聲傳感器等。這類材料被廣泛運用,舉一個很生活化的例子,打火機的火花即運用此技術。

材料原理

壓電現象是100多年前居裏兄弟研究石英時發現的。那麽,什麽是壓電效應呢? 當你在點燃煤氣灶或熱水器時,就有一種壓電陶瓷已悄悄地為你服務了一次。生產廠家在這類壓電點火裝置內,藏著一塊壓電陶瓷,當用戶按下點火裝置的彈簧時,傳動裝置就把壓力施加在壓電陶瓷上,使它產生很高的電壓,進而將電能引向燃氣的出口放電。於是,燃氣就被電火花點燃了。壓電陶瓷的這種功能就叫做壓電效應。

壓電效應的原理是,如果對壓電材料施加壓力,它便會產生電位差(稱之為正壓電效應),反之施加電壓,則產生機械應力(稱為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻震動,則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時,則產生高頻聲信號(機械震動),這就是秋蔡视频app污平常所說的超聲波信號。也就是說,壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能,這種相互對應的關係確實非常有意思。

壓電材料可以因機械變形產生電場,也可以因電場作用產生機械變形,這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例如,壓電材料已被用來製作智能結構,此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應性和自修複性等功能,在未來的飛行器設計中占有重要的地位。


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