[物理]材料性能----电学性能.ppt

第四节 压电性能 压电陶瓷 压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多，所以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高。 极化处理后的压电陶瓷材料的剩余极化强度和特性与温度有关，它的参数也随时间变化， 从而使其压电特性减弱。  最早使用的压电陶瓷材料是钛酸钡（BaTiO3）。它是由碳酸钡和二氧化钛按1∶1摩尔分子比例混合后烧结而成的。它的压电系数约为石英的50倍， 但居里点温度只有115℃，使用温度不超过70℃，温度稳定性和机械强度都不如石英。 第四节 压电性能 压电陶瓷 目前使用较多的压电陶瓷材料是锆钛酸铅（PZT）系列， 它是钛酸铅（PbTiO2）和锆酸铅（PbZrO3）组成的（Pb（ZrTi）O3）。居里点在300℃以上，性能稳定，有较高的介电常数和压电系数（性能指标见前面的表格）。  铌镁酸铅是20世纪60年代发展起来的压电陶瓷。它由铌镁酸铅 、锆酸铅（PbZrO3）和钛酸铅 （PbTiO3）按不同比例配出不同性能的压电陶瓷。具有极高的压电系数和较高的工作温度， 而且能承受较高的压力。 第四节 压电性能 石英晶体与压电陶瓷的比较 灵敏度高 介电和压电常数温度稳定好 对温度的感应 Z轴 X,Y轴 极化方向 人工制造的多晶体 单晶体 晶体类型 压电陶瓷 石英晶体 第四节 压电性能 第一节 压电性能 四、压电材料的应用 压电陶瓷按照应用分类，共分为以下七大类： 一、 压电振荡材料：电振动信号（石英钟、石英手表、计算机时钟等） 二、 压电声电元件：蜂鸣器、送话器、受话器、压电喇叭 三、 压电超音波换能器： 超音波清洗、超音波雾化、超音波美容、超音波探测 四、 信息处理元件：滤波器、谐振器、检波器、监频器、表面声波 五、 动力装置：点火器、超音波切割、超音波粘接、压电马达、压电变压器 六、 压电感测器：速度、加速度计、角速度计、微位移器 七、 光电元件： 光调节器、光调节阀、光电显示、光资讯储存、影象储存和显示 第四节 压电性能 第一节 压电性能 四、压电材料的应用 1.基于规则的氧化锌纳米线的纳米发电机：机械能转化为电能 A：在氧化铝衬底上生长的氧化锌纳米线的扫描电子显微镜图像 B: 在导电的原子力显微镜针尖作用下，纳米线利用压电效应发电的示意图。 C: 当原子力显微镜探针扫过纳米线阵列时，压电电荷释放的三维电压/电流信号图。 第四节 压电性能 第一节 压电性能 四、压电材料的应用 2.压电薄膜传感器及其在心脏检测中的应用 PVDF压电薄膜是一种新型的高分子压电材料，在医用传感器中应用很普遍。它既具有压电性又有薄膜柔软的机械性能，用它制作压力传感器，具有设计精巧、使用方便、灵敏度高、频带宽、与人体接触安全舒适，能紧贴体壁，以及声阻抗与人体组织声阻抗十分接近等一系列特点，可用于脉搏心音等人体信号的检测。脉搏心音信号携带有人体重要的生理参数信息，通过对该信号的有效处理，可准确得到波形、心率次数等可为医生提供可靠的诊断依据。 第四节 压电性能 第一节 压电性能 四、压电材料的应用 3.压电式传感器 如左图所示：当被测物体与传感器一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力作用，根据牛顿第二定律，此惯性力是加速度的函数，即：F=ma。因此，当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷（或电压）输出。 第四节 压电性能 第一节 压电性能 一、压电效应的基本原理 + + + - - - - - - + + + 未加应力 (1) 具有不对称中心的结构在外力的作用下能够产生极化。 + + + - - - — + ± 加应力产生极化， 正负电荷中心分开 加应力不产生极化 第四节 压电性能 第一节 压电性能 一、压电效应的基本原理 (2) 含有对称中心的结构，加应力不产生极化。 + + - - 未加应力 加应力正负电荷中心不分开，不产生极化 - - + + - ± 第四节 压电性能 第一节 压电性能 一、压电效应的基本原理 定义：在没有电场作用下，由机械应力的作用使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象称为压电效应． 无对称中心的异极晶体 应变 诱发出介电极化 晶体两端出现相反的束缚电荷 应力 21种点群：1,2,3,4,6,4m,mm,3m, m,6m,222,32,42,62, 2m, m2,23, 3m,43（压电系数为0） 第四节 压电性能 第一节 压电性能 一、压电效应的基本原理 这种没有电场作用，由机械应力的作用而使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象也称为正压电效应。 第四节 压电性能 第一节