壓電材料材料分類(lèi)

壓電材料無(wú)機(jī)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(jìn)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(guò)程而獲得的微細(xì)晶粒無(wú)規(guī)則集合而成的多晶體。具有壓電性的陶瓷稱(chēng)壓電陶瓷，實(shí)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(qiáng)直流電場(chǎng)）條件下，自發(fā)極化依外電場(chǎng)方向充分排列并在撤消外電場(chǎng)后保持剩余極化強(qiáng)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(lèi)材料的研制成功，促進(jìn)了聲換能器，壓電傳

壓電材料

感器的各種壓電器件性能的改善和提高。

壓電晶體一般指壓電單晶體，是指按晶體空間點(diǎn)陣長(zhǎng)程有序生長(zhǎng)而成的晶體。這種晶體結(jié)構(gòu)無(wú)對(duì)稱(chēng)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(qiáng)、介電常數(shù)高、可以加工成任意形狀，但機(jī)械品質(zhì)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(duì)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(jī)械品質(zhì)因子高，多用來(lái)作標(biāo)準(zhǔn)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。由于鈮鎂酸鉛Pb(Mg1/3Nb2/3)O3單晶體（Kp ≥90%, d33≥900×10-3C/N, ε≥20,000）性能特異，國(guó)內(nèi)外上都開(kāi)始這種材料的研究，但由于其居里點(diǎn)太低，離使用化尚有一段距離。

壓電材料有機(jī)壓電材料

又稱(chēng)壓電聚合物，如聚偏氟乙烯（PVDF）（薄膜）及以它為代表的其他有機(jī)壓電（薄膜）材料。這類(lèi)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(diǎn)為世人矚目，且發(fā)展十分迅速，水聲超聲測(cè)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。

換能器

第三類(lèi)是復(fù)合壓電材料，這類(lèi)材料是在有機(jī)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。

壓電材料材料應(yīng)用

壓電材料的應(yīng)用領(lǐng)域可以粗略分為兩大類(lèi)：即振動(dòng)能和超聲振動(dòng)能-電能換能器應(yīng)用，包括電聲換能器，水聲換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用。

壓電材料換能器

換能器是將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)或在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的器件壓電聚合物電聲器件利用了聚合物的橫向壓電效應(yīng)，而換能器設(shè)計(jì)則利用了聚合物壓電雙晶片或壓電單晶片在外電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的彎曲振動(dòng)，利用上述原理可生產(chǎn)電聲器件如麥克風(fēng)、立體聲耳機(jī)和高頻揚(yáng)聲器。對(duì)壓電聚合物電聲器件的研究主要集中在利用壓電聚合物的特點(diǎn)，研制運(yùn)用其它現(xiàn)行技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的、而且具有特殊電聲功能的器件，如抗噪聲、寬帶超聲信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)等。

壓電聚合物水聲換能器研究初期

超聲波傳感器

均瞄準(zhǔn)軍事應(yīng)用，如用于水下探測(cè)的大面積傳感器陣列和監(jiān)視系統(tǒng)等，隨后應(yīng)用領(lǐng)域逐漸拓展到地球物理探測(cè)、聲波測(cè)試設(shè)備等方面。為滿足特定要求而開(kāi)發(fā)的各種原型水聲器件，采用了不同類(lèi)型和形狀的壓電聚合物材料，如薄片、薄板、疊片、圓筒和同軸線等，以充分發(fā)揮壓電聚合物高彈性、低密度、易于制備為大和小不同截面的元件、而且聲阻抗與水?dāng)?shù)量級(jí)相同等特點(diǎn)，zui后一個(gè)特點(diǎn)使得由壓電聚合物制備的水聽(tīng)器可以放置在被測(cè)聲場(chǎng)中，感知聲場(chǎng)內(nèi)的聲壓，且不致由于其自身存在使被測(cè)聲場(chǎng)受到擾動(dòng)。而聚合物的高彈性則可減小水聽(tīng)器件內(nèi)的瞬態(tài)振蕩，從而進(jìn)一步增強(qiáng)壓電聚合物水聽(tīng)器的性能。

壓電聚合物換能器在生物醫(yī)學(xué)傳感器領(lǐng)域，尤其是超聲成像中，獲得了zui為成功的應(yīng)用、PVDF薄膜優(yōu)異的柔韌性和成型性，使其易于應(yīng)用到許多傳感器產(chǎn)品中。