新电子陶瓷第章第一讲.ppt

第六章 压电铁电陶瓷 第六章 压电与铁电陶瓷 § 6.1 晶体的压电性 ? 1880年，居里在研究水晶晶体的物理性质时，发现外加机械力会在水晶晶体表面激发出电荷，这一效应称为压电效应。 晶体的这一性质称为压电性(piezoelectricity)。 随后，在罗息盐（酒石酸钾钠）、磷酸二氢氨、磷酸二氢钾、酒石酸乙烯二胺、硫酸锂单水化合物、钛酸钡等压电、铁电晶体。 第六章 压电与铁电陶瓷 1919年：罗息盐的电声元件 1921年：水晶谐振器 1940年：磷酸二氢氨和磷酸二氢钾声纳 1945年以后，发现了六水合硫酸铝胍、硫酸三甘肽、铌酸钾、钛酸钾、钛酸铅、钽酸钾等晶体； 1947年：发现了钛酸钡压电陶瓷； 1954年：发现了锆钛酸铅压电陶瓷； 1960年：发现了弛豫(Relaxor)铁电陶瓷； 第六章 压电与铁电陶瓷 表6.1 压电铁电陶瓷在电子学中的应用 表6.1 压电铁电陶瓷在电子学中的应用（续） 较佳音质的电脑的动圈式喇叭尺寸. 40 x 20 x 15mm deep (12cm3). 相同频率响应及音压的压电平面喇叭尺寸 42 x 10 x 2.5mm (1.05cm3). ……12 Times Smaller 原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）硬件架构：可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。 沉积于云母片上的抗体分子的 AFM成像。空气中，室温。由于抗 体分子沉积于支持物的方向不同， 而表现出几种形态。 第六章 压电与铁电陶瓷 § 6.2 ?? 压电效应 压电效应—当晶体受外力作用发生形变时，在晶体的某些表面出现电荷积累的现象称为正压电效应。 单位面积的极化电荷D与应力T之间的关系为： d为压电系数 第六章 压电与铁电陶瓷 逆压电效应—当晶体受电场作用时，晶体会发生形变的现象称为逆压电效应。（如果电场是交变的，就会引起晶体的振动） 应变S和电场E之间的关系为： dt仍称为压电常数。 第六章 压电与铁电陶瓷 压电效应是由于机械力作用下，晶体产生形变，引起带电粒子的相对位移，从而使晶体的总电矩发生改变而产生的。 晶体是否有压电性，是由晶体的结构对称性所决定的。 在32种点群中，有11种点群具有对称中心，没有压电性；有21种点群没有对称中心，可能有压电性。 第六章 压电与铁电陶瓷 进一步研究表明，在21种没有对称中心的点群中，点群432因为具有较高的对称性，也没有压电性。 因此，具有压电性的点群为20种。 第六章 压电与铁电陶瓷 具有压电性的20种点群为： 第六章 压电与铁电陶瓷 并非上述20种点群的所有晶体都具有压电性。 压电晶体首先是不导电的或半导电的 其次，结构中应有荷电质点—离子或离子团。 压电晶体应该是具有无对称中心的、离子性晶体或由离子团组成的分子晶体 第六章 压电与铁电陶瓷 晶体的电行为用电场E、电位移矢量D描述。 E、D的关系在电场不太大的情况下为： 第六章 压电与铁电陶瓷 E和D的单位分别为：V/m; C/m2 Ei和Di（i=1,2,3）分别为三维坐标的各坐标分量 ?为介电常数，是一个二阶对称张量，单位为F/m。 （n阶张量就是指有3n个分量的张量） 第六章 压电与铁电陶瓷 上式也可简化为： 第六章 压电与铁电陶瓷 晶体的弹性行为可以用应力T、应变S描述。 T、S均为二阶对称张量。 应力张量T的单位为：N/m2 第六章 压电与铁电陶瓷 应变张量S为无量纲参数： 第六章 压电与铁电陶瓷 由于Tij=Tji; Sij=Sji 即T23=T32 、T12=T21 、T13=T31 S23=S32 、S12=S21 、S13=S31 T、S均只有6个独立分量 第六章 压电与铁电陶瓷 可以令： 三个法向应力： T11?T1; T22?T2; T33?T3; 三个切向应力： T23?T4; T13?T5; T12?T6; 第六章 压电与铁电陶瓷 可以令： 三个法向应变： S11?S1; S22?S2; S33?S3; 三个切向应变： 2S23?S4; 2S1