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压电阻抗分析仪简述压电材料及其应用
点击次数:62 发布时间:2018-10-29 打印本页面 返回
  压电阻抗分析仪简述压电材料及其应用
  1880年居里兄弟发现,在石英晶体的特定方向上施加压力或拉力会使晶体表面出现电荷,并且电荷的密度与施加外力的大小成比例,这就是压电材料的正压电效应。随后,居里兄弟又通过实验验证了逆压电效应,并且得到了石英晶体的正逆压电系数。1894年沃伊特指出,结构上具有不对称中心的晶体介质都可能是压电材料。在现代社会中,压电材料作为机电转换的功能材料,在高新领域扮演着重要的角色。  目前,利用压电材料制作的压电传感器广泛的应用于压电滤波器、微位移器、驱动器和传感器等电子器件中,在卫星广播、电子设备、生物以及航空航天等高新技术领域都有着重要的地位。随着电子工业的快速发展,压电材料逐步出现复合化、功能特殊化、性能极限化和结构微型化等趋势,性能优良的压电材料将成为本世纪最重要的新材料之一。
  压电效应原理
  压电材料即具有压电效应的一类功能材料。压电效应是指材料在压力作用下产生电信号的效应;或者在电场作用下,材料发生机械形变的现象。材料的压电性由压电常数决定,与晶体的对称性密切相关。石英晶体是最早发现的压电晶体,也是目前最好的和最重要的压电晶体之一。
  压电效应是由于晶体在机械力的作用下发生形变而引起带电粒子的相对位移,从而使得晶体的总电矩发生改变而造成的。晶体是否具有压电性与晶体结构的对称性有关,只有具有不对称中心的晶体才有可能具有压电特性。因为压电晶体首先必须是不导电的,同时结构上还必须要有分别带正电荷和负电荷的质点—离子或离子团的存在。因此,压电晶体还必须是粒子性晶体或有离子团组成的分子晶体[1]。
  三、压电材料主要特性:
  一般来说,压电材料应具备以下几个主要特性:
  (1)转换特性:要求具有较高的压电常数d33;
  (2)机械性能:机械强度高、刚度大;
  (3)电性能:高电阻率和高介电常数,防止加载驱动电场时被击穿;
  (4)环境适应性:温度和湿度稳定性好,要求具有较高的居里点,工作温度范围宽;
  (5)时间稳定性:要求压电性能不随时间变化,增强压电材料工作稳定性和寿命。
  描述晶体材料的弹性、压电、介电性质的重要参数,如介电常数、弹性系数和压电常数等,决定了压电材料的基本性能。描述交变电场中压电材料介电行为的介质损耗角正切(tan δ),描述弹性谐振时的力学性能的机械品质因数Qm及描述谐振时的机械能与电能相互转换的机电耦合系数k等,决定了压电材料的具体应用方向。在压电材料的研究及实际应用中,以上参数都极为重要。
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