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压电器件和材料
无机材料与人类文明进步
压电器件和压电材料
应耀
材料科学与技术学院
一、压电材料和压电效应
正压电效应:当一个机械力作用于某些晶体上时,在晶体表
面的两电极上会出现等量的正、负电荷,电荷多少与力的
大小有关,当机械力撤去后,电荷会消失;
逆压电效应:当一个电场作用于一块晶体时,晶体会发生形
变,且形变大小与电场大小有关,若撤除电场,则晶体又
恢复原状。
这两种正逆压电效应统称为压电效应。
具有压电效应的材料称为压电材料(piezoelectrics )。
二、压电性发现与发展
• 1880年,居里兄弟:皮尔(P·Curie )
与杰克斯(J·Curie )发现这一现象
并证实了压电效应与晶体结构的关
系。
• 居里兄弟发现具有压电性的材料有:
闪锌矿(zincblende )、钠氯酸盐
(sodiumchlorate )、电气石
(tourmaline )、石英(quartz )、
酒石酸(tartaricacid )、蔗糖
(canesuger )、方硼石(boracite )、
菱锌矿(calamine )、黄晶(topaz )
及若歇尔盐(Rochellesalt )。
对晶体对称性的研究, 居里发现
压电效应
Born in Warsaw on
November 7, 1867
压电效应机理
• 因为机械作用(应力或应变)引起了晶
体介质的极化,从而导致介质两端表面
内出现符号相反的束缚电荷。
压电效应对晶体的要求:没有对称中心的晶体
三、压电性的应用——压电器件
1. 压电陶瓷点火器
这是一种将机械力转换为电火花而点燃
燃烧物的装置,是机电换能器。1958年开
创利用钛酸钡(BaTiO3 )陶瓷的压电效应
进行点火,但这种材料着火率不高,噪音
大,1962年开始试用锆钛酸铅(PZT )压电
陶瓷制作点火器,这种点火器广泛应用日
常生活、工业生产以及军事方面,用以点
燃气体和各类炸药和火箭的引燃引爆。
• 点火器工作过程分高压产生
、放电点火和点燃可燃气体
三个阶段。
高压产生——以圆柱形压电
陶瓷元件为例,如图5-2所示
。当机械力F作用于圆柱体时
,晶体发生畸变,导致晶体
中正负电荷中心偏移,从而
在圆柱体上下表面出现自由
电荷大量积聚,产生高压输
出。
放电点火——把压电陶瓷
元件放在一个闭合回路中,
并留一个适当间隙,当电压
升高到该间隙的放电电压时
,间隙中就产生放电火花。
• 在打火机、煤气灶、燃气热水器等用具上都可以
见到它的踪影。
2、压电换能器
压电换能器工作原理
超声波是一种频率高于人的可听声波频率
范围的声波。(频率高于20000 Hz )
人类听不出超声波,但不少动物却有此本
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