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壓電阻抗分析儀簡述壓電材料及其應用
點擊次數:108 發布時間:2018-10-29 打印本頁面 返回
  壓電阻抗分析儀簡述壓電材料及其應用
  1880年居里兄弟發現,在石英晶體的特定方向上施加壓力或拉力會使晶體表面出現電荷,并且電荷的密度與施加外力的大小成比例,這就是壓電材料的正壓電效應。隨后,居里兄弟又通過實驗驗證了逆壓電效應,并且得到了石英晶體的正逆壓電系數。1894年沃伊特指出,結構上具有不對稱中心的晶體介質都可能是壓電材料。在現代社會中,壓電材料作為機電轉換的功能材料,在高新領域扮演著重要的角色。  目前,利用壓電材料制作的壓電傳感器廣泛的應用于壓電濾波器、微位移器、驅動器和傳感器等電子器件中,在衛星廣播、電子設備、生物以及航空航天等高新技術領域都有著重要的地位。隨著電子工業的快速發展,壓電材料逐步出現復合化、功能特殊化、性能極限化和結構微型化等趨勢,性能優良的壓電材料將成為本世紀最重要的新材料之一。
  壓電效應原理
  壓電材料即具有壓電效應的一類功能材料。壓電效應是指材料在壓力作用下產生電信號的效應;或者在電場作用下,材料發生機械形變的現象。材料的壓電性由壓電常數決定,與晶體的對稱性密切相關。石英晶體是最早發現的壓電晶體,也是目前最好的和最重要的壓電晶體之一。
  壓電效應是由于晶體在機械力的作用下發生形變而引起帶電粒子的相對位移,從而使得晶體的總電矩發生改變而造成的。晶體是否具有壓電性與晶體結構的對稱性有關,只有具有不對稱中心的晶體才有可能具有壓電特性。因為壓電晶體首先必須是不導電的,同時結構上還必須要有分別帶正電荷和負電荷的質點—離子或離子團的存在。因此,壓電晶體還必須是粒子性晶體或有離子團組成的分子晶體[1]。
  三、壓電材料主要特性:
  一般來說,壓電材料應具備以下幾個主要特性:
  (1)轉換特性:要求具有較高的壓電常數d33;
  (2)機械性能:機械強度高、剛度大;
  (3)電性能:高電阻率和高介電常數,防止加載驅動電場時被擊穿;
  (4)環境適應性:溫度和濕度穩定性好,要求具有較高的居里點,工作溫度范圍寬;
  (5)時間穩定性:要求壓電性能不隨時間變化,增強壓電材料工作穩定性和壽命。
  描述晶體材料的彈性、壓電、介電性質的重要參數,如介電常數、彈性系數和壓電常數等,決定了壓電材料的基本性能。描述交變電場中壓電材料介電行為的介質損耗角正切(tan δ),描述彈性諧振時的力學性能的機械品質因數Qm及描述諧振時的機械能與電能相互轉換的機電耦合系數k等,決定了壓電材料的具體應用方向。在壓電材料的研究及實際應用中,以上參數都極為重要。
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