壓電測試儀解析壓電材料的(de)分(fēn)類及壓電材料的(de)應用(yòng)

　　壓電材料分(fēn)爲壓電晶體和(hé)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(duō)晶體。壓電陶瓷是指用(yòng)必要成份的(de)原料進行混合、成型、高(gāo)溫燒結，由粉粒之間的(de)固相反應和(hé)燒結過程而獲得(de)的(de)微細晶粒無規則集合而成的(de)多(duō)晶體。具有壓電性的(de)陶瓷稱壓電陶瓷，實際上也(yě)是鐵電陶瓷。在這(zhè)種陶瓷的(de)晶粒之中存在鐵電疇，鐵電疇由自發極化(huà)方向反向平行的(de)180 疇和(hé)自發極化(huà)方向互相垂直的(de)90疇組成，這(zhè)些電疇在人(rén)工極化(huà)（施加強直流電場(chǎng)）條件下(xià)，自發極化(huà)依外電場(chǎng)方向充分(fēn)排列并在撤消外電場(chǎng)後保持剩餘極化(huà)強度，因此具有宏觀壓電性。如：钛酸鋇BT、锆钛酸鉛PZT、改性锆钛酸鉛、偏铌酸鉛、铌酸鉛鋇锂PBLN、改性钛酸鉛PT等。這(zhè)類材料的(de)研制成功，促進了(le)聲換能器，壓電傳感器的(de)各種壓電器件性能的(de)改善和(hé)提高(gāo)。

　　壓電晶體一般指壓電單晶體，是指按晶體空間點陣長(cháng)程有序生長(cháng)而成的(de)晶體。這(zhè)種晶體結構無對(duì)稱中心，因此具有壓電性。如水(shuǐ)晶（石英晶體）、镓酸锂、鍺酸锂、鍺酸钛以及鐵晶體管铌酸锂、钽酸锂等。

　　相比較而言，壓電陶瓷壓電性強、介電常數高(gāo)、可(kě)以加工成任意形狀，但機械品質因子較低、電損耗較大(dà)、穩定性差，因而适合于大(dà)功率換能器和(hé)寬帶濾波器等應用(yòng)，但對(duì)高(gāo)頻(pín)、高(gāo)穩定應用(yòng)不理(lǐ)想。石英等壓電單晶壓電性弱，介電常數很低，受切型限制存在尺寸局限，但穩定性很高(gāo)，機械品質因子高(gāo)，多(duō)用(yòng)來(lái)作标準頻(pín)率控制的(de)振子、高(gāo)選擇性（多(duō)屬高(gāo)頻(pín)狹帶通(tōng)）的(de)濾波器以及高(gāo)頻(pín)、高(gāo)溫超聲換能器等。由于铌鎂酸鉛Pb(Mg1/3Nb2/3)O3單晶體（Kp ≥90%, d33≥900×10-3C/N, ε≥20,000）性能特異，國内外上都開始這(zhè)種材料的(de)研究，但由于其居裏點太低，離使用(yòng)化(huà)尚有一段距離。

　　又稱壓電聚合物(wù)，如聚偏氟乙烯（PVDF）（薄膜）及以它爲代表的(de)其他(tā)有機壓電（薄膜）材料。這(zhè)類材料及其材質柔韌，低密度，低阻抗和(hé)高(gāo)壓電電壓常數(g)等優點爲世人(rén)矚目，且發展十分(fēn)迅速，水(shuǐ)聲超聲測量，壓力傳感，引燃引爆等方面獲得(de)應用(yòng)。不足之處是壓電應變常數（d）偏低，使之作爲有源發射換能器受到很大(dà)的(de)限制。

　　換能器換能器

　　第三類是複合壓電材料，這(zhè)類材料是在有機聚合物(wù)基底材料中嵌入片狀、棒狀、杆狀、或粉末狀壓電材料構成的(de)。至今已在水(shuǐ)聲、電聲、超聲、醫學等領域得(de)到廣泛的(de)應用(yòng)。如果它制成水(shuǐ)聲換能器，不僅具有高(gāo)的(de)靜水(shuǐ)壓響應速率，而且耐沖擊，不易受損且可(kě)用(yòng)與不同的(de)深度。

　　壓電材料材料應用(yòng)

　　壓電材料的(de)應用(yòng)領域可(kě)以粗略分(fēn)爲兩大(dà)類：即振動能和(hé)超聲振動能-電能換能器應用(yòng)，包括電聲換能器，水(shuǐ)聲換能器和(hé)超聲換能器等，以及其它傳感器和(hé)驅動器應用(yòng)。

　　壓電材料換能器

　　換能器是将機械振動轉變爲電信号或在電場(chǎng)驅動下(xià)産生機械振動的(de)器件壓電聚合物(wù)電聲器件利用(yòng)了(le)聚合物(wù)的(de)橫向壓電效應，而換能器設計則利用(yòng)了(le)聚合物(wù)壓電雙晶片或壓電單晶片在外電場(chǎng)驅動下(xià)的(de)彎曲振動，利用(yòng)上述原理(lǐ)可(kě)生産電聲器件如麥克風、立體聲耳機和(hé)高(gāo)頻(pín)揚聲器。對(duì)壓電聚合物(wù)電聲器件的(de)研究主要集中在利用(yòng)壓電聚合物(wù)的(de)特點，研制運用(yòng)其它現行技術難以實現的(de)、而且具有特殊電聲功能的(de)器件，如抗噪聲電話(huà)、寬帶超聲信号發射系統等。

　　壓電聚合物(wù)水(shuǐ)聲換能器研究初期

　　超聲波傳感器

　　均瞄準軍事應用(yòng)，如用(yòng)于水(shuǐ)下(xià)探測的(de)大(dà)面積傳感器陣列和(hé)監視系統等，随後應用(yòng)領域逐漸拓展到地球物(wù)理(lǐ)探測、聲波測試設備等方面。爲滿足特定要求而開發的(de)各種原型水(shuǐ)聲器件，采用(yòng)了(le)不同類型和(hé)形狀的(de)壓電聚合物(wù)材料，如薄片、薄闆、疊片、圓筒和(hé)同軸線等，以充分(fēn)發揮壓電聚合物(wù)高(gāo)彈性、低密度、易于制備爲大(dà)和(hé)小不同截面的(de)元件、而且聲阻抗與水(shuǐ)數量級相同等特點，後一個(gè)特點使得(de)由壓電聚合物(wù)制備的(de)水(shuǐ)聽(tīng)器可(kě)以放置在被測聲場(chǎng)中，感知聲場(chǎng)内的(de)聲壓，且不緻由于其自身存在使被測聲場(chǎng)受到擾動。而聚合物(wù)的(de)高(gāo)彈性則可(kě)減小水(shuǐ)聽(tīng)器件内的(de)瞬态振蕩，從而進一步增強壓電聚合物(wù)水(shuǐ)聽(tīng)器的(de)性能。

　　壓電聚合物(wù)換能器在生物(wù)醫學傳感器領域，尤其是超聲成像中，獲得(de)了(le)爲成功的(de)應用(yòng)、PVDF薄膜優異的(de)柔韌性和(hé)成型性，使其易于應用(yòng)到許多(duō)傳感器産品中。