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压电材料的发展及应用在新能源材料

中的应用

压电材料的发展及应用-在新能源材料中的应用

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目录文献综述与选题

1.1压电材料的发展及应用

1.1.1压电陶瓷

1.1.2压电聚合物材料

1.1.3压电复合材料

1.1.4压电材料的应用

1.2压电材料在新能源材料中的应用

1.2.1压电发电的基本原理

1.2.2压电发电的研究现状

1.2.3压电发电的应用实例

1.2.4压电发电技术的发展趋势压电效应是19世纪末首先在水晶和

电气石等晶体中发现的。当机械外力作用于晶体时，晶体发生形变使正负电荷

重心位置偏移而极化。这种由于形变而产生的电效应，称为正压电效应；对材

料施加一电压而产生形变时，称为逆压电效应。材料的压电性取决于晶体结构

是否对称，晶体必须有极轴（不对称），才有压电性，同时材料必须是绝缘体。

随着对压电材料不断深入研究，发现许多天然的、合成的聚合物也具有压电性

能。

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近年来，随着能源短缺、环境污染等问题的不断凸显，需求一种高效、

清洁的供能方式已经被各国政府所关注。跟传统的在众多的光电转换、热能、

生化能相比，压电材料以其结构简单、成本低、易于实现等优点在能量收集中

的应用越来越受到人们的关注。1880年居里兄弟发现电气石的压电效应以后，

便开始了压电学的历史。1881年，居里兄弟又通过实验验证了逆压电效应，并

且获得了石英晶体相同的正逆压电常数。1894年沃伊持指出，仅无对称中心的

2O种点群的晶体才可能具有压电效应。石英是压电晶体的代表，它一直被广泛

采用至今。利用石英的压电效应可制成振荡器和滤波器等频控元件。在第一次

世界大战中，居里的继承人朗之万，为了探测德国的潜水艇，用石英制成了水

下超声探测器，从而揭开了压电应用史的光辉篇章。

除了石英晶体外，罗息尔盐、ADP、EDP、DKT等压电晶体也各有其长

处和用途。但是压电材料及其应用取得划时代的进展，还是开始于第二次世界

大战中发现的BaTiO3陶瓷付诸应用之后。1947年，美国的罗伯特在BaTiO3陶

瓷上加高电压进行极化处理，获得了压电陶瓷的压电性。随后，美国和日本都

积极开展应用BaTiO3压电陶瓷制作超声换能器、音频换能器、压力传感器等

计测器件以及滤波器和谐振器等压电器件的研究，这种广泛的应用研究进行到

5O年代中期

1955年，美国的B．贾菲等人发现了比BaTiO3的压电性优越的锆钛酸

铅，即PZT压电陶瓷口，大大加快了应用压电陶瓷的速度，使压电的应用出现

了一个崭新的局面。BaTiO3时代难以实用化的一些应用，特别是压电陶瓷滤波

器和谐振器以及机械滤波器等，随着PZT压电陶瓷的出现而迅速地实用化了。

应用压电材料的SAW滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，7O年代末期也已

实用化。

另外，在70年代初刚引起人们注意的有机聚合物压电材料(PVDF)，现

在也已基本成熟，并已达到了生产规模口。下图为压电材料分类图：压电陶瓷

(piezoelectricceramics)材料主要有钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅（PZT）、改

性PZT和