压电 - 图文

压电复合材料

压电复合材料是由压电相材料与非压电相材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的一种具有压电效应的复合材料。与压电陶瓷相比较具有更低的密度和声阻抗，从而使其与生物体、非金属材料、水与气体介质有着更好的匹配特性；其Qm值比普通压电陶瓷低2-3个数量级，使其很适合制作宽带窄脉冲换能器；压电复合材料具有较高的接收电压灵敏度；其平面机电耦合系数要小于普通压电陶瓷的平面机电耦合系数，使能量更能集中于厚度模。因此压电复合材料在料位、液位传感器；医疗探头；无机非金属材料无损检测超声领域；声纳、水听器、深度仪、鱼探仪等水声领域；声学成象、机器人领域都有巨大的应用前景。目前世界压电复合材料的市场前景相当可观，其在军事领域的作用也是巨大的，用其制作的被动声纳换能器，作用距离可以提高1-3倍，因此，压电复合材料的研究，无论是在民用方面还是军事领域都具有非常重要的意义。 一： 1压电效应

某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷， 当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。这种现象称压电效应（Piezoelectric Effect）。

正压电效应：机械能转化为电能

逆压电效应：当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，即电致伸缩效应。

——具有压电效应的压电材料 可以实现机械能和电能的相互转化。

正压电效应的电位移与施加的应力有：D=dT 逆压电效应的应变与施加的电场强度有：S=dE ——d为压电常数 2压电材料

①压电晶体，主要包括压电石英晶体和其它压电单晶。 ②压电陶瓷

一元系：钛酸铅(PT)

二元系：锆钛酸铅系列PbTiO3-PbZrO3(PZT)和铌酸盐系列KNbO3-PbNb2O3

三元系：PMN 由铌镁酸铅Pb(Mg1/3Nb2/3)O3钛酸铅PbTiO3-锆钛酸铅PbZrO3三成分配比而成

四元系：综合性能更加优越

③高分子聚合物，聚氟乙烯（PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF) ④压电复合材料 3压电材料的性能 （1）机电偶合系数 （2）机械品质因数 （3）频率常数

（4）压电常数

（5）弹性模量、相对介电常数、居里温度等。 二：

1压电复合材料

压电复合材料将压电陶瓷和聚合物相按一定连通方式，一定的体积质量比，及一定的空间分布制作而成，它可以成倍地提高材料的压电性能。

——陶瓷－聚合物压电复合材料兼有陶瓷和聚合物两者优点，并能抑制各自缺点。它比单一的压电材料有显著的优越性。 2各种不同类型的压电复合材料

压电复合材料的压电效应不公取决于构成该材料各组分的性能，而且还与各相间的连通方式有关，每个相相互间的连通性是决定压电复合材料的总体性能的主要因素，因为连通性控制电通的路径和机械性能。

对于压电陶瓷和聚合物二相复合的压电复合材料共有10种连通方式。

3几种常见的压电复合材料 ㈠ 0－3型压电复合材料

★陶瓷相以0维方式自连，聚合物相以3维方式自连，即互不相连的压电陶瓷微粒浮在3维自连的聚合物基体中。 ①制备方法

a、混合热压法，即将压电陶瓷粉料与有机聚合物按一定的比例混

合，经过轧膜，压延成形制成复合材料薄膜；

b、流延法，用有机溶剂溶解高分子材料，而后加入陶瓷粉料均匀混合，将混合物流延到衬底上，加热加压制成复合材料。 ②性能分析

制作工艺简单，易于加工成型；

几乎不受外界静压力影响，可承受高达35MPa的静压力； 工作频带宽，声速低，阻抗容易与空气、水、人体组织匹配。 ㈡ 1－3型压电复合材料

★它是目前最为广泛研究和实用化程度最高的一种压电复合材料；

★一维的自连的陶瓷相埋置在三维自连的聚合物基中。 ①制备方法 排列灌注法 切割填充法 ②性能分析

制造工艺复杂，聚合物基体中含气孔多，随压力的增大性能衰减低声阻抗、机械Q值、介电常数，高静水压压电常数 较小的横向机电耦合系数 柔韧性好

㈢ 2－2型压电复合材料

★陶瓷相和聚合物相均匀在二维平面内自连，构成层状交叠的复合结构。

★可用层压和铸压带技术制备 ㈣ 其它类型的压电复合材料 3－0型压电复合材料

3－1型和3－2型压电复合材料 3－3型压电复合材料

压电复合材料的现状与展望

展及现状

复合材料，开创了压电复合材料的历史。70年代中后期．美国 宾州大学材料实验室开始研究压电复台材料在水声中的应用，并研制了l一3型压电复合材料。K A K1icker、T R Gururaja和H P savakus等人进行了大量的理论和实验研究工作．测试了不同体积含量的压电复合材料的特性m”]。80年代初以后，美国加州斯坦福大学的BAAuld、Ywa职等人建立了PzT柱周期排列的l一3型压电复合材料的理论模型、并分析了其中的横向结构模。美国纽约菲利浦实验室的w A smith等人也做了与上类似的工作。与此同时．以及随后几年，许多国家也相继开展了压电复台材料的研究．如澳大利亚的LwChan等、日本的Hiroshi Takeuchi等。一些研究工作者还利用压电复合材料制作了换能器。如日本的Chltose Na—l【aya等、英国的G Hayward和R Ham-lton等人。压电复合材料的出现引起了国内一些研究机构的关注。主 要有中科院声学所的庄永缪等研制出用于制作宽带换能器的3～3型

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