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关于什么是d33压电材料及压电原理简要介绍
发布时间:2017-11-08浏览次数:2663返回列表
关于什么是d33压电材料及压电原理简要介绍
一、背景知识:发展现状
目前,我国对压电材料越来越重视,特别是制造2025的出台,标志着我国要向智能制造强国进军的目标。这就需要我们有的测量仪器为生产设备提供支撑。中科院ZJ-3型压电d33系数测试仪,ZJ-4型压电测试仪,ZJ-5型积层压电(也就是叠加压电)测试仪以及ZJ-6型d33/d31/d15综合测试仪在外具有举足轻重的作用。现在被各大院校和科研院所及压电材料单位广泛使用,是目前国压电系数d33准确测量的装置。
一、概念:压电材料是受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。
二、基本介绍
受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。1880年,法国物理学家P. 居里和J.居里兄弟发现,把重物放在石英晶体上,晶体某些表面会产生电荷,电荷量与压力成比例。这一现象被称为压电效应。随即,居里兄弟又发现了逆压电效应,即在外电场作用下压电体会产生形变。压电效应的机理是:具有压电性的晶体对称性较低,当受到外力作用发生形变时,晶胞中正负离子的相对位移使正负电荷中心不再重合,导致晶体发生宏观化,而晶体表面电荷面密度等于化强度在表面法向上的投影,所以压电材料受压力作用形变时两端面会出现异号电荷。反之,压电材料在电场中发生化时,会因电荷中心的位移导致材料变形。
利用压电材料的这些特性可实现机械振动(声波)和交流电的互相转换。因而压电材料广泛用于传感器元件中,例如地震传感器,力、速度和加速度的测量元件以及电声传感器等。这类材料被广泛运用,举一个很生活化的例子,打火机的火花即运用此技术。
三、材料原理
压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。那么,什么是压电效应呢? 当你在点燃煤气灶或热水器时,就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。生产厂家在这类压电点火装置内,藏着一块压电陶瓷,当用户按下点火装置的弹簧时,传动装置就把压力施加在压电陶瓷上,使它产生很高的电压,进而将电能引向燃气的出口放电。于是,燃气就被电火花点燃了。压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。
压电效应的原理是,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)。如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动),这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。
压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。