压电效应和介电效应

压电效应科技名词定义中文名称：压电效应英文名称：piezoelectric effect定义1：在缺少对称中心的晶态物质中，由电极化强度产生与电场强度成线性关系的机械变形和反之由机械变形产生电极化强度的现象。

与压电效应同时还能发生电致伸缩。

所属学科：电力(一级学科)；通论(二级学科)定义2：不存在对称中心的异极晶体，受外力作用发生机械应变时在晶体中诱发出介电极化或电场的现象(称为正压电效应)，或者在这种晶体加上电场使晶体极化，而同时出现应变或应力的现象(称为逆压电效应)。

所属学科：机械工程(一级学科)；工业自动化仪表与系统(二级学科)；机械量测量仪表-机械量测量仪表一般名词(三级学科)本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片压电效应压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。

当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。

当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。

目录英文名称压电效应分类压电效应历史与应用巧用打火机演示压电效应压电晶体压电高分子压电陶瓷--信息时代的新型材料压电陶瓷的应用压电效应应用及现状压电效应对对发电机原理的介绍英文名称压电效应分类压电效应历史与应用巧用打火机演示压电效应压电晶体压电高分子压电陶瓷--信息时代的新型材料压电陶瓷的应用压电效应应用及现状压电效应对对发电机原理的介绍展开压电效应英文名称Piezoelectric effect压电效应分类压电效应压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。

正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

压电陶瓷特性分析（一）压电效应压电效应是1880年由居里兄弟在α石英晶体上首先发现的。

它是反映压电晶体的弹性和介电性相互耦合作用的，当压电晶体在外力作用下发生形变时，在它的某些相对应的面上产生异号电荷，这种没有电场作用，只是由于形变产生的现象称为正压电效应。

当压电晶体施加一电场时，不仅产生了极化，同时还产生了形变，这种由电场产生形变的现象称为逆压电效应，逆压电效应的产生是由于压电晶体受到电场作用时，在晶体内部产生了应力，这应力称为压电应力，通过它的作用产生压电应变，实验证明凡是具有正压电效应的晶体，也一定具有逆压电效应，两者一一对应[92]。

任何介质在电场中，由于诱导极化的作用，都会引起介质的形变，这种形变与逆压电效应所产生的形变是有区别的。

电介质可能在外力作用下而引起弹性形变，也可能受外电场的极化作用而产生形变，由于诱导极化作用而产生的形变与外电场的平方成正比，这是电致伸缩效应。

它所产生的形变与外电场的方向无关。

逆压电效应所产生的形变与外电场成正比例关系，而且当电场反向时，形变也发生变化（如原来伸长可变为缩短，或者原来缩短可变为伸长）。

此外，电致伸缩效应在所有的电介质中都具有，不论是非压电晶体还是压电晶体；只是不同结构的电介质晶体的电致伸缩效应的强弱不一样。

而逆压电效应只有在压电晶体中才具有。

能产生压电效应的晶体叫压电晶体。

一类压电晶体是单晶，如石英(SiO2)，酒石酸钾钠(又称洛瑟盐，NaKC4H4O6⋅H2O)，锗酸铋(Bi12GeO20)等。

另一类压电晶体称为压电陶瓷，如钛酸钡(BaTiO3)，锆钛酸铅[Pb(Zr x Ti rx)O3，代号PZT]，日本制成的铌镁锆钛酸铅[Pb(Mg１／３Ｎｂ２／３)O3加入PZT，代号PCM]，中国制成的锑锰锆钛酸铅[Pb(Mn1/2Sb2/3)O3加入PIT代号PMS]等。

电介质的极化压电晶体都是电介质，而且是各向异性电介质，因此压电晶体的介电性质与各向同性电介质的介电性质是不同的。

压电陶瓷的成型方法
压电陶瓷是一种重要的功能陶瓷材料，具有压电效应和介电效应，广泛应用于传感器、振动器、滤波器、电子陶瓷等领域。

成型是制备压电陶瓷的关键步骤之一，本文将介绍几种常见的压电陶瓷成型方法。

1. 热压成型法
热压成型法是一种常见的压电陶瓷成型方法，其主要原理是将陶瓷粉末加热至一定温度，然后施加一定压力，使其在模具中形成所需形状。

该方法具有成型精度高、成型时间短、成型效率高等优点，广泛应用于制备压电陶瓷件。

2. 注浆成型法
注浆成型法是一种将粉末与粘结剂混合后，将混合物注入模具中，在高温下烘干成型的方法。

该方法具有成型精度高、成型效率高等优点，适用于制备大型、复杂形状的压电陶瓷。

3. 热等静压成型法
热等静压成型法是一种将陶瓷粉末加热至一定温度，然后施加一定压力，在高温下烧结成型的方法。

该方法具有成型精度高、成型效率高、成型强度高等优点，适用于制备高强度、高密度的压电陶瓷。

4. 凝胶注模成型法
凝胶注模成型法是一种将陶瓷粉末与溶液混合后，在模具中注入，通过凝胶化后的陶瓷凝胶在高温下烧结成型的方法。

该方法具有成型精度高、成型效率高、成型强度高等优点，适用于制备复杂形状的压电陶瓷。

5. 旋转成型法
旋转成型法是一种将陶瓷粉末加入到模具中，在高速旋转的模具内形成所需形状的方法。

该方法具有成型精度高、成型效率高、成型强度高等优点，适用于制备圆形、对称形状的压电陶瓷。

压电陶瓷的成型方法多种多样，选择合适的成型方法可以提高压电陶瓷的成型效率和质量，满足不同工业领域的需求。

超声波在压电材料和磁致伸缩材料中传播时，由于超声波的机械作用而引起的感生电极化和感生磁化（见电介质物理学和磁致伸缩）。

压电效应与反压电效应什么是压电效应？正压电效应与逆压电效应的区别？压电效应定义一：在缺少对称中心的晶态物质中，由电极化强度产生与电场强度成线性关系的机械变形和反之由机械变形产生电极化强度的现象。

与压电效应同时还能发生电致伸缩。

压电效应定义二：不存在对称中心的异极晶体，受外力作用发生机械应变时在晶体中诱发出介电极化或电场的现象(称为正压电效应)，或者在这种晶体加上电场使晶体极化，而同时出现应变或应力的现象(称为逆压电效应)。

什么是压电效应？压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。

当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。

当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。

相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。

正压电效应与逆压电效应的区别？正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。

压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。

用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。

压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。

压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。

例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。

压电陶瓷特性实验报告压电陶瓷特性实验报告引言压电陶瓷是一种能够在外力作用下产生电荷的材料，具有广泛的应用领域。

本实验旨在研究压电陶瓷的特性，包括压电效应、介电特性和机械特性等方面。

通过实验，我们可以更深入地了解压电陶瓷的性能和应用潜力。

实验一：压电效应在这个实验中，我们使用了一块压电陶瓷片和一台压电仪器。

首先，我们将压电陶瓷片固定在仪器上，并施加一定的压力。

随后，我们观察到仪器上显示的电压值随着施加的压力而变化。

这说明压电陶瓷具有压电效应，即在外力作用下会产生电荷。

实验二：介电特性为了研究压电陶瓷的介电特性，我们使用了一台电容测试仪。

首先，我们将压电陶瓷片固定在测试仪上，并连接电源。

随后，我们通过改变电源的电压，观察到测试仪上显示的电容值的变化。

这表明压电陶瓷在电场作用下会发生介电极化，导致电容值的变化。

实验三：机械特性在这个实验中，我们使用了一台拉伸试验机。

我们将压电陶瓷片固定在试验机上，并施加一定的拉伸力。

通过改变施加的力大小，我们观察到压电陶瓷片的形变情况。

同时，我们还测量了形变量与施加力的关系。

结果显示，压电陶瓷具有良好的机械特性，能够在外力作用下发生可逆的形变。

实验四：应用潜力通过以上实验的结果，我们可以看出压电陶瓷具有多种特性，具备广泛的应用潜力。

例如，在传感器领域，压电陶瓷可以用于测量压力、温度和加速度等参数。

此外，在声学领域，压电陶瓷可以用于扬声器和麦克风等设备。

还有一些其他领域，如医疗、能源和通信等，也可以应用压电陶瓷技术。

结论通过本次实验，我们深入了解了压电陶瓷的特性。

压电效应、介电特性和机械特性是压电陶瓷的重要特性，为其在多个领域的应用提供了基础。

压电陶瓷的应用潜力巨大，可以为现代科技的发展做出重要贡献。

我们相信，在进一步研究和技术创新的推动下，压电陶瓷将在未来得到更广泛的应用。

压电陶瓷材料压电陶瓷材料是一种能够产生压电效应的材料，它具有压电效应和介电效应。

压电效应是指在材料受到外力作用时，会产生电荷分离，从而产生电压；而介电效应是指在外电场作用下，材料会发生极化现象。

因此，压电陶瓷材料具有很高的应变灵敏度和介电常数，广泛应用于传感器、换能器、滤波器、压电陶瓷换能器、压电陶瓷马达、压电陶瓷振动器等领域。

压电陶瓷材料的基本原理是通过应力-电压效应和电压-应变效应来实现能量的转换。

在应力-电压效应中，当外力作用于压电陶瓷材料时，材料内部的正负电荷会发生分离，从而产生电压；而在电压-应变效应中，当外加电压作用于材料时，材料会产生相应的应变。

这种能量转换的特性使得压电陶瓷材料在各种领域得到了广泛的应用。

在传感器方面，压电陶瓷材料可以将机械能转换为电能，从而实现对压力、力、加速度、振动等物理量的检测和测量。

在换能器方面，压电陶瓷材料可以将电能转换为机械能，用于声波的发射和接收。

在滤波器方面，压电陶瓷材料可以利用其介电效应来实现对特定频率信号的滤波。

在压电陶瓷换能器、马达、振动器等方面，压电陶瓷材料可以实现能量的高效转换和控制。

除了以上应用外，压电陶瓷材料还在医疗、汽车、航空航天等领域得到了广泛的应用。

在医疗领域，压电陶瓷材料可以用于超声波探测和治疗；在汽车领域，压电陶瓷材料可以用于汽车传感器、超声波清洗等；在航空航天领域，压电陶瓷材料可以用于飞机结构健康监测、声学阵列等方面。

总的来说，压电陶瓷材料具有很高的应变灵敏度和介电常数，能够实现能量的高效转换，广泛应用于传感器、换能器、滤波器、压电陶瓷换能器、压电陶瓷马达、压电陶瓷振动器等领域，同时在医疗、汽车、航空航天等领域也有着重要的应用。

随着科技的不断发展，相信压电陶瓷材料将会有更广阔的应用前景。

工程材料基础总结晶体：构成原子或离子、分子在三维空间呈现出周期性规则堆积排列的固体称为晶体；呈现无规则排列的固体为非晶体。

单晶体和多晶体：一个晶体中的原子完全按照一种规则排列，且原子规则排列的空间取向完全一致，则该晶体为单晶体；如果在一个晶体中虽然原子排列的规则完全相同，但晶体中不同部分之间原子规则排列的空间取向存在明显的不同（将晶粒放大后会出现明暗不同区域），则称为多晶体。

晶粒和晶界：在多晶体中，一个原子规则排列空间取向相同的部分称为一个晶粒。

在一个晶粒中，不同部分的原子规则排列之间有时也存在很小的空间取向差，将晶粒内这些相互之间原子规则排列空间取向存在很小差别的部分称为亚晶粒。

晶粒与晶粒之间的分界面称为晶粒界，简称晶界。

晶体结构：晶体中原子或离子、分子具有各自特征的规则排列称为该晶体的晶体结构。

晶格：为研究方便起见，对于由原子或离子构成的金属和无机非金属而言，可将其构成原子或离子视为质点，将这些分布于三维空间的质点按一定的规则以直线相连便构成由质点和直线形成的三维空间格子，将其称为晶格或点阵。

晶格中质点所占据的位置称为晶格的结点或平衡位置。

晶胞：将按照一定规则从晶体中取出的能够完全反映晶体原子或离子排列规则的最小晶体单元称为晶胞。

晶格（胞）常数和晶胞致密度：分别以a、b、c表示晶胞平行于x、y、z坐标轴的边长，称之为晶格（胞）常数。

它反映了晶胞的大小。

将晶胞中原子所占据体积与晶胞整体体积之比称为该晶胞的致密度。

晶面和晶向：在晶格中，任意取至少三个原子便可构成一个平面，这种由原子构成的平面称为晶面，晶面原子密度：单位面积晶面上具有的原子个数；任意取至少两个原子便可构成一个晶体中的方向，将这种由一列原子构成的方向称为晶向，晶向原子密度：沿晶向单位长度上所含原子个数。

原子排列完全相同，仅仅是空间位向不同的晶面（晶向）称为一个晶面族（晶向族）。

晶体各向异性：沿晶体不同晶向性能不同的现象。

产生原因：晶体不同晶向上原子或分子等排列规律不同。

压电陶瓷极化与介电常数压电陶瓷是一种特殊的材料，具有压电效应和介电效应。

压电效应是指在施加压力或拉伸力时，材料会产生电荷分离，从而产生电压；介电效应是指材料在电场作用下发生形变。

这两种效应使得压电陶瓷在许多领域有着广泛的应用。

压电陶瓷的极化是指将未极化的陶瓷材料通过特定的工艺进行极化处理，使其具有压电性能。

极化过程包括两个步骤：极化电场的建立和保持。

首先，在高温下将陶瓷材料放置在极化电场中，通过施加电压使其内部电偶极子发生定向排列，形成极化区域。

然后，将陶瓷材料冷却到室温，并保持极化电场，使得内部电偶极子保持定向排列。

经过极化处理后的压电陶瓷具有稳定的压电性能。

压电陶瓷的介电常数是指在电场作用下，材料的电容率。

压电陶瓷的介电常数可以通过外加电场下的电容测量得到。

压电陶瓷的介电常数是其电场极化能力的度量，也是材料在电场中的响应能力。

不同的压电陶瓷材料具有不同的介电常数，这也决定了它们在实际应用中的电性能。

压电陶瓷的极化和介电常数对于其应用具有重要意义。

首先，极化处理可以使压电陶瓷具有稳定的压电性能，使其在传感器、声波器件和驱动器件等领域得到广泛应用。

例如，在超声波传感器中，通过施加外加电场，压电陶瓷可以将机械振动转换为电信号，实现声波的检测和测量。

其次，介电常数决定了压电陶瓷在电场中的响应能力，对于电容器、电压传感器等电子元件具有重要作用。

例如，在电容器中，通过改变压电陶瓷的介电常数可以调整电容值，实现电路的功能控制。

除了极化和介电常数，压电陶瓷还具有其他重要特性。

例如，压电陶瓷具有高机械强度和稳定性，能够承受较大的压力和温度变化；同时，压电陶瓷还具有低热膨胀系数和良好的耐腐蚀性能，适用于各种恶劣环境下的应用。

压电陶瓷的极化和介电常数是决定其性能和应用的关键因素。

通过合理的极化处理和了解介电常数，可以实现压电陶瓷在传感器、声波器件、驱动器件和电子元件等领域的广泛应用。

随着科学技术的不断进步，压电陶瓷的应用前景将会更加广阔。