關于什么是d33壓電材料及壓電原理簡要介紹

一、背景知識：發(fā)展現(xiàn)狀

 目前，我國對壓電材料越來越重視，特別是國家制造2025的出臺，標志著我國要向智能制造強國進軍的目標。這就需要我們有的測量儀器為生產(chǎn)設備提供支撐。中科院ZJ-3型精密壓電d33系數(shù)測試儀，ZJ-4型壓電測試儀，ZJ-5型積層壓電（也就是疊加壓電）測試儀以及ZJ-6型精密d33/d31/d15綜合測試儀在國內(nèi)外具有舉足輕重的作用?，F(xiàn)在被各大院校和科研院所及壓電材料單位廣泛使用，是目前國壓電系數(shù)d33準確測量的裝置。

一、概念：壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。

二、基本介紹

受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。1880年，法國物理學家P. 居里和J.居里兄弟發(fā)現(xiàn)，把重物放在石英晶體上，晶體某些表面會產(chǎn)生電荷，電荷量與壓力成比例。這一現(xiàn)象被稱為壓電效應。隨即，居里兄弟又發(fā)現(xiàn)了逆壓電效應，即在外電場作用下壓電體會產(chǎn)生形變。壓電效應的機理是：具有壓電性的晶體對稱性較低，當受到外力作用發(fā)生形變時，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導致晶體發(fā)生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現(xiàn)異號電荷。反之，壓電材料在電場中發(fā)生極化時，會因電荷中心的位移導致材料變形。

利用壓電材料的這些特性可實現(xiàn)機械振動（聲波）和交流電的互相轉換。因而壓電材料廣泛用于傳感器元件中，例如地震傳感器，力、速度和加速度的測量元件以及電聲傳感器等。這類材料被廣泛運用，舉一個很生活化的例子，打火機的火花即運用此技術。

三、材料原理

壓電現(xiàn)象是100多年前居里兄弟研究石英時發(fā)現(xiàn)的。那么，什么是壓電效應呢？ 當你在點燃煤氣灶或熱水器時,就有一種壓電陶瓷已悄悄地為你服務了一次。生產(chǎn)廠家在這類壓電點火裝置內(nèi)，藏著一塊壓電陶瓷，當用戶按下點火裝置的彈簧時，傳動裝置就把壓力施加在壓電陶瓷上，使它產(chǎn)生很高的電壓,進而將電能引向燃氣的出口放電。于是，燃氣就被電火花點燃了。壓電陶瓷的這種功能就叫做壓電效應。

壓電效應的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會產(chǎn)生電位差（稱之為正壓電效應），反之施加電壓,則產(chǎn)生機械應力（稱為逆壓電效應）。如果壓力是一種高頻震動，則產(chǎn)生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產(chǎn)生高頻聲信號（機械震動），這就是我們平常所說的超聲波信號。也就是說，壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能，這種相互對應的關系確實非常有意思。

壓電材料可以因機械變形產(chǎn)生電場，也可以因電場作用產(chǎn)生機械變形，這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例如，壓電材料已被用來制作智能結構，此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能，在未來的飛行器設計中占有重要的地位。