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分享壓電材料分類及介紹

日期:2023-05-22瀏覽:983次

分享壓電材料分類及介紹

      壓電單晶體除天然石英之外,還有人工研制的許多種類,如磷酸二氫氨(ADP),磷酸二氫鉀(KDP)等,但由于它們的性能存在某種缺陷,隨著人造石英的大量生產(chǎn)和壓電陶瓷性能的提高,這些晶體大多已基本不用。

      壓電薄膜如氧化鋅和氮化鋁等是當(dāng)今微波器件的關(guān)鍵材料。

 但應(yīng)用重要和用量大的壓電材料仍然是石英和各類多晶壓電陶瓷。與其它壓電體相比,壓電陶瓷具有一系列優(yōu)點,如易于制造,可成批量生產(chǎn),成本低,不受尺寸和形狀的限制,可在任一方向極化,可通過調(diào)節(jié)組分改變材料的性能,而且耐熱、耐濕和化學(xué)穩(wěn)定性好等。

壓電材料的種類多,簡單概括起來,可按如下進行分類:

 一類是無機壓電材料,分為壓電晶體和壓電陶瓷,壓電晶體一般是指壓電單晶體;壓電陶瓷則泛指壓電多晶體。

 壓電陶瓷是指用必要成份的原料進行混合、 成型、高溫?zé)Y(jié),由粉粒之間的固相反應(yīng)和燒結(jié)過程而獲得的微細晶粒無規(guī)則集合而成的多晶體。具有壓電性的陶瓷稱壓電陶瓷,實際上也是鐵電陶瓷。在這種陶瓷的晶粒之中存在鐵電疇,鐵電疇由自發(fā)極化方向反向平行的180 疇和自發(fā)極化方向互相垂直的90 疇組成,這些電疇在人工極化(施加強直流電場)條件下,自發(fā)極化依外電場方向充分排列并在撤消外電場后保持剩余極化強度, 因此具有宏觀壓電性。 如:鈦酸鋇 BT、鋯鈦酸鉛 PZT、改性鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉛、鈮酸鉛鋇鋰PBLN、改性鈦酸鉛 PT等。這類材料的研制成功,促進了聲換能器,壓電傳感器的各種壓電器件的改善和提高。

 壓電晶體一般指壓電單晶體, 是指按晶體空間點陣長程有序生長而成的晶體。這種晶體結(jié)構(gòu)無對稱中心,因此具有壓電性。如水晶(石英晶體)、鎵酸鋰、鍺酸鋰、鍺酸鈦以及鐵晶體管鈮酸鋰、鉭酸鋰等。

 相比較而言,壓電陶瓷壓電性強、介電常數(shù)高、可以加工成任意形狀,但機械因子較低、電損耗較大、穩(wěn)定性差,因而適合于大功率換能器和寬帶濾波器等應(yīng)用,但對高頻、高穩(wěn)定應(yīng)用不理想。石英等壓電單晶壓電性弱,介電常數(shù)很低,受切型限制存在尺寸局限,但穩(wěn)定性很高,機械因子高,多用來作標準頻率控制的振子、高選擇性(多屬高頻狹帶通)的濾波器以及高頻、高溫超聲換能器等。近來由于鈮鎂酸鉛Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 單晶體( Kp ≥ 90%, d33 ≥ 900 ×-3C/N,10ε≥ 20,000)特異,外上都開始這種材料的研究,但由 于其居里點太低,離使用化尚有一段距離。

 二類是有機壓電材料, 又稱壓電聚合物, 如偏聚氟乙烯 (PVDF)(薄膜) 及其它為代表的其他有機壓電(薄膜) 材料。

 這類材料及其材質(zhì)柔韌, 低密度, 低阻抗和高壓電電壓常數(shù) (g)等優(yōu)點為世人矚目,且發(fā)展十分迅速,現(xiàn)在水聲超聲測量,壓力傳感,引燃引爆等方面獲得應(yīng)用。不足之處是壓電應(yīng)變常數(shù)(d)偏低,使之作為有源發(fā)射換能器受到很大的限制。

 三類是復(fù)合壓電材料, 這類材料是在有機聚合物基底材料中嵌入片狀、棒狀、桿狀、或粉末狀壓電材料構(gòu)成的。至今已在水聲、電聲、超聲、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。如果它制成水聲換能器, 不僅具有高的靜水壓響應(yīng)速率,而且耐沖擊,不易受損且可用與不同的深度。






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