[定稿]功能材料学

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1、压电材料摘要：木文简单介绍了压电材料的机理与分类，概述了国内外关于压电材料的发展历史进程和研究现状，详细介绍了其在压电频率控制器、压电变压器、床电换能器、压电超声马达和压电传感器等方而的应用情况。域后从弛豫铁单晶体、高居甲•温度压电陶瓷、压电复合材料、三元及多元系I占I溶体、细晶粒压电陶瓷和无铅压电陶瓷几个方面探讨了其发展趋势。关键词：压电材料；进展；应用；发展趙势PiezoelectricMaterialAbstract:Thepaperbrieflyintroducesthemechanismandthesortofpiezoelectricmaterial,summarizedth

2、eresearchhistory,developmentprogressandstudystatusofpiezoelectricmaterialinChinaandabroad,specifieditsapplicationsindetailofpiezoelectricfrequencycontroller,piezoelectrictransformer,piezoelectrictransducer,piezoelectricultrasonic-molorandpiezoelectricsensor,etc.Atthelastofthepaper,thedevelopmentt

3、endsonrelaxtionalferroelectricsinglecrystal,highcourierpiezoelectricceramic,piezoelectriccompositematerial,ternaryandpolynarypiezoelectricceramic,finegrainpiezoelectricceramicandlead・&eepiezoelectricceramicweredisgussed・Keywords:piezoelectricmaterial;progress;application;developmenttrend1引言1880年法

4、国物理学家皮埃尔和雅各居里兄弟实验中发现：肖某些品体受到机械力而发生拉伸或压缩时，晶体相对的两个表面会出现等量的界号电荷。科学家把这种现彖叫做压电现象。具有压电现象的介质称之为压电体。科学家进一步研究发现，压电体有正压电效应和逆压电效应两种⑴。有些固体介质，如：石英(SO)、电气石、酒石酸钾钠(NaKQHQr4H2O),钦酸®(BaTiO3)等。由于它们结晶点阵的特殊结构，当它们发生机械形变(如压缩或伸长)时，其相对的两个表血会呈现界号电荷，外力与端血积愈大，则出现的电荷就愈多。端面电荷的符号视外力而定。科学家把这种效应叫做止压电效应。当压电体发生机械形变时，其极化强度随之/而变，导致表

5、血吸附的自山电荷随之而变。如果将两个表血装上电极并用导线接通，变化的自山电荷便从一个极板移至另一极板，形成电流。对于压电体，同时还存在逆压电效应。即当压电体上加电场时，压电体会发生机械形变(伸长或缩短)。如果压电体上加交变电场，则压电体就会交替出现伸长和压缩，即发生机械振动。2压电效应机理0压电效应的本质是晶体(无对称屮心)小离子电荷的位移，当不存在应变时电荷在晶格位置上的分布是对称的，所以其内部电场为零。但是当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷分布不再保持对称就会出现净极化，并将伴随产生一•个电场，这个电场就衣现为压电效应。如图1石英晶体压电效应产生机理。(a)(b)(c)图1石英

6、晶体(无对称中心)压电效应产生机理由于石英品体不存在对称中心，当给品体施加压力吋，石英品体内部将产生极化。由原来的(a)状态，变成有一定极化强度的(b)或(c)状态，因而产生一电场。但是，如果晶体存在对称屮心的话则即使晶体发生形变后仍保持极化强度为零，就不会产住压电效应。因此，只有那些原胞无对称屮心的物质才能产住压电效应。晶体共有32个点群,也就是按对称中心分为32类。其中20类是非对称中心的,它们有可能具有压电效应。不过，无对称中心并不是产生压电效应的充分条件，即是无对称中心并不足以保证具有压电性。只有少数儿种晶体材料才具有压电效应。表1列出了其中的儿种。表1几种压电晶体(按压电系数递

7、减排列)晶体化学式相对强度罗息盐NaKC4H4O6-4H2O很强ADPNH4H2PO4强KDPKH2PO4屮等a■石央SiO2弱所冇晶体在铁电态下也同时具冇压电性，即对晶体施加应力，将改变晶体的电极化。但是，压电品体不同时具有铁电性。石英是压电品体，但并非铁电体；钛酸顿既是压电品体乂是铁电体。3压电材料分类压电材料按晶体结构分有钙钦矿结构、饵青铜结构、铭层状结构等；按用途或功能分有发射型和接收型压电材料；按性状分有粉体、纤维、薄膜及