常用的压电材料分类

压电材料及其应用学院：材料学院专业：材料科学与工程系班级：1019001姓名：***学号：**********压电材料及其应用李耘飞材料科学与工程1101900118一、压电材料的定义压电材料是指可以将压强、振动等应力应变迅速转变为电信号,或将电信号转变为形变、振动等信号的机电耦合的功能材料。

当你在点燃煤气灶或热水器时,就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。

生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压,进而将电能引向燃气的出口放电。

于是，燃气就被电火花点燃了。

压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。

压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压,则产生机械应力（称为逆压电效应）。

如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。

而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。

也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。

压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。

例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位。

二、压电材料的主要特性包括：（1）机电转换性能：应具有较大的压电系数；（2）机械性能：压电元件作为受力元件，希望它的机械强度高、机械刚度大，以期获得宽的线性范围和高的固有频率；（3）电性能：应具有高的电阻率和大的介电常数，以减小电荷泄漏并获得良好的低频特性（4）温度和湿度的稳定性要好。

具有较高的居里点，以得到宽的工作温度范围（5）时间稳定性：其电压特性应不随时间而蜕变。

压电材料的主要特性参数有：(1) 压电常数、(2) 弹性常数、 (3) 介电常数、(4) 机电耦合系数、(5) 电阻、 (6) 居里点。

压电材料的分类
压电材料主要可以分为以下三类：
1. 无机压电材料：无机压电材料包括压电晶体和压电陶瓷。

压电晶体通常指的是压电单晶体，而压电陶瓷则是指由必要成分的原料混合、成型、高温烧结而成的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。

2. 有机压电材料：有机压电材料，也被称为压电聚合物，如聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜和其他有机压电薄膜材料。

这类材料具有柔韧性、低密度、
低阻抗和高压电电压常数等优点，因此在水声超声测量、压力传感、引燃引爆等领域得到广泛应用。

3. 复合压电材料：复合压电材料是由有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状或粉末状的压电材料构成的。

这种材料在水声、电声、超声、医学等领域得到了广泛的应用。

以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅压电材料相关书籍或咨询材料学专家获取更专业的解答。

压电陶瓷材料的分类1、按主要组成晶体结构分类：现已实用化的压电陶瓷材料主要分为：（1）钙钛结构矿perovskite structure具有钙钛矿结构的铁电，压电陶瓷属于ABO3型氧八面体，其中A为一价或二价金属离子，而B为四价或五价金属。

半径较大的A正离子，半径较小的B正离子和氧离子分别位于晶胞格子的顶角，体心和面心。

如图所示。

这种结构也可看成是一组BO6八面体按简立方图样排列而成，各氧八面体由公有的氧离子联结，A正离子占据氧八面体之间的空隙，钙钛矿原胞是立方的，也可畸变成具有三角和四方对称性。

钛酸钡，钛酸铅，锆钛酸铅和KxNa1-xNbO3等铁电压电陶瓷具有钙钛矿结构。

（2）钨青铜结构tungsten-bronze structure具有钨青铜结构的铁电，压电陶瓷也属于ABO3型氧八面体铁电体，一个四方晶胞包含10个BO6八面体，它们由其顶角按一定方式联结而成。

偏铌酸铅和铌酸锶钡等铁电压电陶瓷具有钨青铜结构。

（3）铋层状结构bismuth layer structure铋层状结构可以看成是由其氧八面体类钙钛矿层与{Bi2O12}层交替叠成的。

其中类钙钛矿层可以是一层{如Bi2WO6},二层{如PbBi2Nb3O9}，三层{如Bi4Ti8O12}以至五层。

在类钙钛矿层中，其正离子可被许多离子取代。

（4）焦绿石结构pyrochlore structure焦绿石结构是由共同顶角的{NbO6或TaO6}氧八面体组成，而较大的Cd2+{或Pb2+}离子位于氧八面体之间的间隙中。

这种结构的铁电体仅出现在Cd2Nb2O2, Pb2Nb2O2和Cd2Ta2O7等有限几种化合物中*本公司产品压电陶瓷材料主要为钙钛矿结构。

2、按主要组成组元分类：（1）单元系陶瓷unit system ceramics实用的单元系其结晶构造几乎都是BaTiO3为代表的钙钛矿结构和PbNbO6等的钙青铜结构：属于钙钛矿结构的单元系材料有①BaTiO3、②PbTiO3、③PbZrO3、④居里点高的ＢiNaTi2O6(Tc=320℃),BiKTiO6(380℃),Pb2FeNb6(112℃)和Pb3ZnNb2O3(１４０℃)等压电陶瓷。

压电材料的压电效应研究压电效应是指压电材料在受到机械力或应变时会产生电荷分布的现象，并且在施加电场时会发生机械位移。

这种效应被广泛应用于传感器、换能器、震荡器和谐振器等领域，具有重要的科学研究和工程应用价值。

本文将深入探讨压电材料的压电效应研究。

一、压电效应的基本原理压电效应是一种电-机耦合效应，即机械能与电能之间的相互转换。

压电材料的压电效应基于晶格结构的不对称性，当材料受到机械应变时，正或负的电荷会在晶格中重新分布，从而产生电势差。

在施加电场时，这些电荷会发生位移，导致材料发生机械变形。

二、压电材料的分类常见的压电材料包括无机压电材料和有机压电材料。

无机压电材料如石英、硅酸锂等具有优异的电-机性能，适用于高精度的应用。

有机压电材料如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚酰亚胺（PI）等则具有较高的柔性和可塑性，在柔性电子器件领域有广泛的应用。

三、压电效应的研究方法和技术1. 实验方法压电效应的研究往往需要通过实验手段来进行验证。

常见的实验方法包括震荡法、谐振法、压电测试、电压-位移测试等。

这些实验方法可以直接测量和分析压电材料的压电性能，为后续的研究工作提供参考数据。

2. 理论模型为了深入理解和解释压电效应的原理，研究人员发展了各种理论模型。

其中较为常见的是等效电路模型和有限元分析模型。

等效电路模型可以模拟压电材料的电-机特性，有限元分析模型可以模拟材料的微观结构和应力分布，从而揭示压电效应的微观机制。

四、压电效应的应用1. 压电传感器压电传感器是利用压电效应来检测和测量机械应变或压力的装置。

其原理是将压电材料与机械结构相结合，当受到机械应变或压力时，压电材料产生的电荷变化可以被检测到并用于信号采集和处理。

2. 压电换能器压电换能器是利用压电效应实现电-机能量转换的装置。

常见的压电换能器包括声波发生器、声波检测器和压电振动器等。

通过施加电场或机械应变，压电换能器可以将电能转化为机械能或将机械能转化为电能。

压电陶瓷材料在我们的生活中随处可见的物质，材料的发展深深的影响着人们的生活质量，同时也是我们人类社会进步和文明的重要标志。

随着社会的进步和发展，电子陶瓷材料在信息技术中占有非常重要的作用，常常被用来制作一些重要的电子元器件如：传感器、电容器、超声换能器。

因此，高性能的电子陶瓷材料是信息技术发展和研究的重要方向。

压电陶瓷是一种具有压电性能的多晶体,是信息功能陶瓷的重要组成部分。

其具有机电耦合系数高(压电振子在振动过程中，将机械能转变为电能，或将电能转变为机械能的效率)、价格便宜、易于批量生产等优点,已被广泛应用于社会生产的各个领域,尤其是在超声领域及电子科学技术领域中,压电陶瓷材料已逐渐处于绝对的支配地位,如医学及工业超声检测、水声探测、压电换能器、超声马达、显示器件、电控多色滤波器等。

1.压电陶瓷性能1.1压电性压电陶瓷最大的特性是具有正压电性和逆压电性。

正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化,从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。

反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心不但发生相对位移而被极化,同时由于此位移而导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。

1.2介电性能材料在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质，通常用介电常数（ε r ）和介质损耗（tanδ）来表示。

当在两平板之间插入一种介质（材料）时，电容C将增加，此时电容 C与真空介质时该电容器的电容量 C0的比即为相对介电常数k：k＝C/C＝ (εA/d)/（ε0A/d）＝ε/ε（ε—真空介电常数：8.854×10－12F/m）当一个正弦交变电场V＝Vexpiωt施加于一介电体上时，电荷随时间而变化而产生了电流Ic， Ic在无损耗时比 V 超前90°。

但实际是有损耗的。

有损耗时，总电流超前电压不再是90°而是90°-δ。

压电材料的制备和应用压电材料是一类能够将机械形变转换为电能的特殊材料。

在现代科技领域，压电材料被广泛用于制造或应用于传感器、电子元件、振动器、纳米技术、医疗器械等领域。

压电材料的制备和应用正在快速发展，本文将针对压电材料的制备和应用进行说明。

一、压电材料的分类压电材料可分为天然材料和人工合成材料。

天然压电材料的代表是石英、氢氧化锂石英、铅酸钙等，而人工合成压电材料则可以分为有机压电材料和无机压电材料。

有机压电材料的代表是聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚丙烯酸铅（Pb(Zr,Ti)O3）、压电陶瓷材料（BaTiO3等），无机压电材料的代表则主要是ZnO、AlN等。

二、压电材料的制备方法压电材料的制备方法主要取决于压电材料的种类。

以无机压电材料为例，制备工艺相对复杂，需要经过液相沉淀、烧结、后处理等步骤。

主要包括以下几个步骤：1. 先制备好所需的原料。

2. 将原料混合后进行液相沉淀，并利用离心或过滤等方式分离出固相颗粒物质。

3. 对固相颗粒物质进行干燥处理。

4. 将干燥后的沉淀物料进行压制，得到预制块。

5. 对预制块进行烧结处理，使其结晶体形成晶粒、晶界和结晶面。

6. 对烧结后的材料进行目的性的后处理，包括致密化、热解和表面处理等。

三、压电材料的应用压电材料由于其独特的物理性质，在现代科技领域中有着广泛的应用。

下面我们细细道来。

1. 无线电传感器压电材料可以用于制作无线电传感器，通过压电传感器可以将声音、压力或其他形式的振动转化成电能，使语音、音频等传输变得简单。

2. 振动器压电材料也可以用于振动器的制造。

例如，当压电材料受到电信号刺激时，它会产生准静态的形变或者形变。

通过这种变化，振动器的震动频率也会发生变化，从而产生声音、图像和其他类型的信号。

3. 超声波设备超声波设备主要应用压电陶瓷，它的压电效应非常明显，通过其产生的超声波来驱动机械运动，其应用领域覆盖了医学、工业及能源等领域。

四、压电材料的发展趋势随着时间的推移，压电材料的发展趋势主要有以下几个方面：1. 设计并研究出新型压电材料，以满足不断增长的用户需求。