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压电测试仪解析压电材料的分类及压电材料的应用
点击次数:51 发布时间:2019-10-25 打印本页面 返回
   压电测试仪解析压电材料的分类及压电材料的应用
  压电材料分为压电晶体和压电陶瓷,压电晶体一般是指压电单晶体;压电陶瓷则泛指压电多晶体。压电陶瓷是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结,由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。具有压电性的陶瓷称压电陶瓷,实际上也是铁电陶瓷。在这种陶瓷的晶粒之中存在铁电畴,铁电畴由自发极化方向反向平行的180 畴和自发极化方向互相垂直的90畴组成,这些电畴在人工极化(施加强直流电场)条件下,自发极化依外电场方向充分排列并在撤消外电场后保持剩余极化强度,因此具有宏观压电性。如:钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。这类材料的研制成功,促进了声换能器,压电传感器的各种压电器件性能的改善和提高。
  压电晶体一般指压电单晶体,是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。这种晶体结构无对称中心,因此具有压电性。如水晶(石英晶体)、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
  相比较而言,压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状,但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差,因而适合于大功率换能器和宽带滤波器等应用,但对高频、高稳定应用不理想。石英等压电单晶压电性弱,介电常数很低,受切型限制存在尺寸局限,但稳定性很高,机械品质因子高,多用来作标准频率控制的振子、高选择性(多属高频狭带通)的滤波器以及高频、高温超声换能器等。由于铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3单晶体(Kp ≥90%, d33≥900×10-3C/N, ε≥20,000)性能特异,国内外上都开始这种材料的研究,但由于其居里点太低,离使用化尚有一段距离。
  又称压电聚合物,如聚偏氟乙烯(PVDF)(薄膜)及以它为代表的其他有机压电(薄膜)材料。这类材料及其材质柔韧,低密度,低阻抗和高压电电压常数(g)等优点为世人瞩目,且发展十分迅速,水声超声测量,压力传感,引燃引爆等方面获得应用。不足之处是压电应变常数(d)偏低,使之作为有源发射换能器受到很大的限制。
  换能器换能器
  第三类是复合压电材料,这类材料是在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电材料构成的。至今已在水声、电声、超声、医学等领域得到广泛的应用。如果它制成水声换能器,不仅具有高的静水压响应速率,而且耐冲击,不易受损且可用与不同的深度。
  压电材料材料应用
  压电材料的应用领域可以粗略分为两大类:即振动能和超声振动能-电能换能器应用,包括电声换能器,水声换能器和超声换能器等,以及其它传感器和驱动器应用。
  压电材料换能器
  换能器是将机械振动转变为电信号或在电场驱动下产生机械振动的器件压电聚合物电声器件利用了聚合物的横向压电效应,而换能器设计则利用了聚合物压电双晶片或压电单晶片在外电场驱动下的弯曲振动,利用上述原理可生产电声器件如麦克风、立体声耳机和高频扬声器。对压电聚合物电声器件的研究主要集中在利用压电聚合物的特点,研制运用其它现行技术难以实现的、而且具有特殊电声功能的器件,如抗噪声电话、宽带超声信号发射系统等。
  压电聚合物水声换能器研究初期
  超声波传感器
  均瞄准军事应用,如用于水下探测的大面积传感器阵列和监视系统等,随后应用领域逐渐拓展到地球物理探测、声波测试设备等方面。为满足特定要求而开发的各种原型水声器件,采用了不同类型和形状的压电聚合物材料,如薄片、薄板、叠片、圆筒和同轴线等,以充分发挥压电聚合物高弹性、低密度、易于制备为大和小不同截面的元件、而且声阻抗与水数量级相同等特点,后一个特点使得由压电聚合物制备的水听器可以放置在被测声场中,感知声场内的声压,且不致由于其自身存在使被测声场受到扰动。而聚合物的高弹性则可减小水听器件内的瞬态振荡,从而进一步增强压电聚合物水听器的性能。
  压电聚合物换能器在生物医学传感器领域,尤其是超声成像中,获得了为成功的应用、PVDF薄膜优异的柔韧性和成型性,使其易于应用到许多传感器产品中。
 

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