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壓電材料發展現狀

2020-07-28 09:19:11

儲能測試


下麵儲能測試公司介紹幾種處於發展中的壓電陶瓷材料和幾種新的應用。

細晶粒壓電陶瓷

以往的壓電陶瓷是由幾微米至幾十微米的多疇晶粒組成的多晶材料,尺寸已不能滿足需要了。減小粒徑至亞微米級,可以改進材料的加工性,可將基片做地更薄,可提高陣列頻率,降低換能器陣列的損耗,提高器件的機械強度,減小多層器件每層的厚度,從而降低驅動電壓,這對提高疊層變壓器、製動器都是有益的。減小粒徑有上述如此多的好處,但同時也帶來了降低壓電效應的影響。為了克服這種影響,人們更改了傳統的摻雜工藝,使細晶粒壓電陶瓷壓電效應增加到與粗晶粒壓電陶瓷相當的水平。製作細晶粒材料的成本已可與普通陶瓷競爭了。人們用細晶粒壓電陶瓷進行了切割研磨研究,並製作出了一些高頻換能器、微製動器及薄型蜂鳴器(瓷片20-30um厚),證明了細晶粒壓電陶瓷的優越性。隨著納米技術的發展,細晶粒壓電陶瓷材料研究和應用開發仍是熱點。

PbTiO3係壓電陶瓷

PbTiO3係壓電陶瓷具最適合製作高頻高溫壓電陶瓷元件。雖然存在PbTiO3陶瓷燒成難、極化難、製作大尺寸產品難的問題,人們還是在改性方麵作了大量工作,改善其燒結性。抑製晶粒長大,從而得到各個晶粒細小、各向異性的改性PbTiO3材料。近幾年,改良PbTiO3材料報道較多,在金屬探傷、高頻器件方麵得到了廣泛應用。該材料的發展和應用開發仍是許多壓電陶瓷工作者關心的課題。

壓電複合材料

無機壓電陶瓷和有機高分子樹脂構成的壓電複合材料,兼備無機和有機壓電材料的性能,並能產生兩相都沒有的特性。因此,可以根據需要,綜合二相材料的優點,製作良好性能的換能器和傳感器。它的接收靈敏度很高,比普通壓電陶瓷更適合於水聲換能器。在其它超聲波換能器和傳感器方麵,壓電複合材料也有較大優勢。國內學者對這個領域也頗感興趣,做了大量的工藝研究,並在複合材料的結構和性能方麵做了一些有益的基礎研究工作,正致力於壓電複合材料產品的開發。

多元單晶壓電體

傳統的壓電陶瓷較其它類型的壓電材料壓電效應要強,從而得到了廣泛應用。但作為大應變,高能換能材料,傳統壓電陶瓷的壓電效應仍不能滿足要求。於是近幾年來,人們為了研究出具有更優異壓電性的新壓電材料,做了大量工作,現已發現並研製出了Pb(A1/3B2/3)PbTiO3單晶(A=Zn2+,Mg2+)。這類單晶的d33高可達2600pc/N(壓電陶瓷d33大為850pc/N),k33可高達0.95(壓電陶瓷K33高達0.8),其應變>1.7%,幾乎比壓電陶瓷應變高一個數量級。儲能密度高達130J/kg,而壓電陶瓷儲能密度在10J/kg以內。鐵電壓電學者們稱這類材料的出現是壓電材料發展的又一次飛躍。美國、日本、俄羅斯和中國已開始進行這類材料的生產工藝研究,它的批量生產的成功必將帶來壓電材料應用的飛速發展。


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