文档介绍：第六节压电材料-1
正压电效应:材料受到应力作用而处于应变状态时,材料内部会引起电极化和电场,表面出现感应电荷。
逆压电效应:材料受到电场力作用产生电极化时,材料会产生应变。
一、正压电效应和逆压电效应
二、压电效应的机制
无对称中心的晶体中正负离子的位移引起压电效应
具有反演对称中心的晶体无压电效应
无反演对称中心的石英晶体有压电效应
第六节压电材料-2
压电体必须是离子晶体或离子团组成的分子
+
第六节压电材料-3
三、压电材料主要工程参数
1、机械品质因素
压电振子:具有一定取向和形状的压电晶片具有固有的机械谐振频率。当外电场的频率与其一致时,由于逆压电效应会产生机械谐振。这种晶片称压电振子。
压电振子在谐振子时,会产生内耗,造成机械能损失,反映这种机械能损耗程度的参数为机械品质因数Qm,定义为:
Wm为每振动周期内单位体积存贮的机械能;△W为每振动周期内单位体积损耗的机械能
Qm与振动模式有关,如压电振子的形状、振动的晶体学方向、振动频率等
第六节压电材料-4
四、压电材料种类
2、机电耦合系数
或
科研和工程中最重要的参数,有的材料可达70%以上
材料
罗息盐
钛酸钡
PZT
水晶
介电常数
350
1700
1200
机电耦合系数/%
73
21
30
10
晶体:石英、铌酸锂(LiNbO3)、碘酸锂等
半导体:CdS, CdSe, ZnO, ZnS, ZnTe, ZdTe, GaAs, GaSb等
压电陶瓷:BaTiO3, PbTiO3
第六节压电材料-5
五、压电材料的应用举例
1、水声换能器
水中声纳=空中雷达
2、压电超声换能器
利用逆压电效应,在高强度电场下产生高强度超声波,用于超声清洗、超声乳化、超声粉碎、超声治疗等
实现水中电能与声能的相互转化
3、压电点火器
压电晶体受到外力作用后,在电极面上会感应出电荷,电荷聚集形成高电。利用高压可产生火花放电。这种电火花可用于点燃煤气、炮弹,及用于压电高压发生器。
4、石英电子表
其他:拾音器、蜂鸣器、流量计、计数器等
第七节热释电材料-1
一、热释电效应
晶体因温度变化而引起晶体表面电荷的现象称为热释电效应
二、热释电效应机制
电气石中发现:硫磺粉末(黄色)和氧化铅粉末(红色)混合,用丝质筛子筛洒加热后的电气石,它们将分别覆盖于电气石沿三次轴方向的两端。
温度引起的自发极化的改变。自发极化的改变来自于离子的位移
电气石是一种具有固有极化的晶体
具有自发极化,即晶体结构的某些方向正负电荷重心不重合。
不存在对称中心,且存在与其他极化轴不同的唯一极化轴
石英晶体不产生热释电效应示意图
晶体中存在热释电效应的前提
第七节热释电材料-2
三、热释电材料
1、晶体
2、有机高聚物晶体
热释电晶体:CaS, CaSe, Li2SO4·H2O, ZnO
铁电晶体:LiNbO3, LiTaO3, PhTiO3, Pb(ZnTi)O3, BaTiO3等
特点:自发极化不能为外电场转向
特点:自发极化能为外电场转向
例:聚偏二***乙烯PVDF,大面积制作,工艺简单,一般用薄膜
四、热释电材料的应用
1938年首先用于红外探测器
030923
第七节热释电材料-3
红外探测器原理:
Q表示晶体表面的电荷面密度,P为自发极化强度,T为温度,则
设两极板面积为A,负载电阻为R,则热释电电压为:
Pi为晶体的热释电系数。一般材料为10-4~10-6C/(cm2·K)
通过测量讯号电压的变化实现了对远距离热辐射目标温度变化的测量。
热释电红外探测器原理
尽你所能,想出或查出检测极化电荷分布的方式
第八节热电材料-1
一、热电效应
两种不同的导体构成闭合回路,若使其结点出现温度差,则闭合回路中就会有电流流动,此现象为热电效应,相应的电势称为热电势。
热电材料:把热能转变为电能的材料
1、塞贝克(Seebeck)效应
T0
第八节热电材料-2
即,若T1<T2时,电流由a点流向b点,称A的电势φA大于B的电势φB。
设△VAB=φA-φB; △T=T2-T1,则实验证明,△T不太大时,有
△VAB 与∝△T
均质导体定律:要确定热电势的大小必须保证A、B两种材料的化学成分和物理状态完全均匀,否则将要难以获得确定的热电势
中间导体定律:如果在回路中引入第三种金属导体,那么只要第三种金属接入的两端温度相同,则对原回路年产生的热电势不发生影响
中间温度定律:只要两种材料厂均质,两端温度恒定,即使回路中某一部分处于任何其他温度,原回路产生的热电势不变
基本规律:
定量描述:
规定:冷端电流流出的材料的电势相对于