信息时代的多面手———压电效应 - 中国物理C.PDF

信息时代的多面手 ———压电效应 李瑞洁 　　高 　桦 轻轻一揿煤气灶按钮 ,蓝色火焰迅即燃起 ;轻轻 在加压面上出现电荷积累 。实验表明 ,这种束缚电 一按电视遥控器 ,精彩节 目任您挑选 。这就是压电 荷的电量与作用力成正比;而且电量越多 ,相对应的 效应带给您的便利 。所谓压电效应 ,是指某些各向 两表面电势差也越大 。 ( 压电效应的应用大致分为两大类 :用压电陶瓷 异性的晶体 ,在外力作用下产生机械形变 如压缩或 ) ( ) ( 伸长 ,从而在加压面或拉力面的两侧出现异号束缚 材料制成的压电振子 见表 1 和压电换能器 见表 电荷 ,这种现象称为正压电效应 。反之 ,在晶体的两 2) 。前者主要利用振子本身的谐振特性 ,要求压电、 侧面加一交变电压 ,晶体就会发生厚薄的机械变化 , 介电、弹性等性能稳定 ,机械品质因数高 。后者主要 这叫做逆压电效应 。这两种效应统称为压电效应 。 是将一种能量形式转换成另一种能量形式 ,要求有 ( ) 较高的机电耦合系数和较大的介电常数 。下面我们 压电效应是居里兄弟 J acques Curie 、Pirre Curie α 从这两方面予以介绍 。 于 1880 年首先在 - 石英晶体上发现的。除了石 英这种天然压电晶体外 ,还可以人工合成具有压电 表 1 　压电陶瓷振子的应用 性能的多晶体材料 , 即通常所说的压电陶瓷 。1942 压电振子的应用 应用实例 年 ,压 电陶瓷材料 ———钛酸钡首次在美 国制成 。 压电振子 震荡器 、谐振器 、滤波器 、压电耦合器 1947 年 ,压电陶瓷器件 ———钛酸钡拾音器诞生 。此 复合振子 机械滤波器 后 ,尤其是近几十年来 ,随着性能更加优越的压电陶 压电变压器 电视阴极射线示波管、电吸附设备中的升压装置 ( ) 瓷材料 如锆钛酸铅和近年来出现的无铅压电陶瓷 延迟设备 电视通信设备 、计算机等所用的延迟设备 的研制成功 ,压电效应得到了飞速发展和广泛应用 。 表 2 　压电陶瓷在换能器上的应用 目前 ,这种神奇的效应已被应用到航空航天 、医学诊 测量仪器 　　压力计 、振动计 、加速度计 、流量计 　 断、超声焊接等许多领域 , 以实现能量转换 、传感 、驱 视声计算与测量 流速计 、风速计 、声速计 、江面计等 动 、频率控制等功能 。如用压电陶瓷可以做成各种 空气中声学换能器 波音器 、传声器 、耳机 、扬声器 各样的“人工耳”,用来预报地震和了解地下矿藏等 。 水声换能器 超声测探仪 用压电陶瓷做成的触觉元件 ,能感知凹凸度仅 10 微 固体声学换能器 超声探伤厚度计 、混凝土探伤 、地下探矿 米的表面 ,用它制成的超声波扫描仪 , 已成为一种重