壓電材料測試儀帶你了(le)解壓電材料的(de)發展

　　1、壓電陶瓷

　　BaTi03是早發現的(de)壓電陶瓷，早在1949年日本就研究利用(yòng)它的(de)壓電性設計魚群探測器，其大(dà)的(de)缺點是諧頻(pín)溫度特性差。，但是用(yòng)Pb和(hé)Ca等元素部分(fēn)地取代BaTi03中的(de)Ba，可(kě)以改進BaTi03陶瓷的(de)溫度特性。

　　象BaTiO,那樣的(de)單元系壓電陶瓷，還(hái)有PbTiO3和(hé)PbZrO3等。PbTiO3陶瓷是一種鈣钛礦結構的(de)材料，它具有居裏溫度高(gāo)（490℃)、各向異性大(dà)(c/a=l.064)和(hé)介電常數小(ε= 200)等特點。另外，它的(de)諧頻(pín)溫度特性也(yě)好，并且頻(pín)率常數比PZT髙，所以是一種很有前途的(de)高(gāo)溫髙頻(pín)壓電材料。但是用(yòng)常規方法很難獲得(de)緻密的(de)純PbTiOs壓電陶瓷，因爲PbTiO3陶瓷燒結後,冷(lěng)卻到居裏點（490℃)時(shí)易出現微裂紋，甚至破碎。所以人(rén)們往往采用(yòng)引入添加物(wù)的(de)方法對(duì)其進行改性。現在用(yòng)Mn、 W、Ca、Bi、La和(hé)Nb改性的(de)PbTiOa陶瓷，都具有良好的(de)壓電性能，是生産高(gāo)頻(pín)壓電濾波器的(de)優良材料。

　　锆钛酸鉛壓電陶瓷，簡稱PZT陶瓷，是壓電陶瓷材料中用(yòng)得(de)多(duō)zui廣的(de)一種。PZT 的(de)機電耦合系數高(gāo)，溫度穩定性好，并且有較高(gāo)的(de)居裏溫度（?300℃)。用(yòng)Sr、Ca、Mg等元素部分(fēn)地取代PZT中的(de)Pb，或者是通(tōng)過添加Nb、La、Sb、Cr、Mn等元素來(lái)改性，可(kě)以制成許多(duō)不同用(yòng)途的(de)PZT型壓電陶瓷，如PZT—4、PZT—5、PZT—6、PZT—7 和(hé) PZT—8 等。PZT陶瓷的(de)出現，是壓電陶瓷發展*新的(de)裏程碑，大(dà)大(dà)地提高(gāo)了(le)壓電陶瓷的(de)性能和(hé)擴大(dà)了(le)其應用(yòng)範圍。除了(le)PZT之外，二元系壓電陶瓷還(hái)有（Pb，Ba)Nb03、（Na,K)Nb03和(hé)(Na，Cd)Nb03等，都是比較适用(yòng)的(de)壓電材料。

　　2、壓電晶體

　　壓電器件及其應用(yòng)的(de)發展，取決于壓電材料種類的(de)更新和(hé)性能的(de)提高(gāo)。爲了(le)開發壓電新應用(yòng)，在石英晶體之後，人(rén)們又研制出了(le)羅息爾鹽、KDP、ADP、EDT、DKT和(hé)LH等多(duō)種壓電晶體。但是由于它們的(de)性能往往存在某種或某些缺陷，例如羅息爾鹽易水(shuǐ)解等，所以随著(zhe)人(rén)造石英的(de)大(dà)量生産和(hé)壓電陶瓷性能的(de)提高(gāo)，這(zhè)些晶體現在大(dà)多(duō)都已基本上不用(yòng)了(le)。現在石英晶體仍是重要的(de)，也(yě)是用(yòng)量大(dà)的(de)振蕩器、諧振器和(hé)窄帶濾波器等頻(pín)控元件的(de)壓電材料。除了(le)石英之外，性能好并且使用(yòng)量也(yě)大(dà)的(de)壓電晶體是铌酸锂(LiNbO3)和(hé)钽酸锂(LiTa03)。它們大(dà)量地用(yòng)作SAW器件,例如SAW濾波器、振蕩器、延遲線以及SAW相關器和(hé)卷積器等。

　　我們國家的(de)LiNbO3單晶研究始于1968年，相繼開展了(le)結構分(fēn)析、缺陷分(fēn)析、原材料的(de)純化(huà)、晶體性能測試以及晶體的(de)電、聲、光(guāng) 方面的(de)應用(yòng)研究等。

　　3、壓電複合材料

　　材料科學的(de)發展象許多(duō)領域的(de)發展一樣，都有一種曲線規律。一種新效應被發現後，在沒有認識到它的(de)重要性之前，發展是相當緩慢(màn)的(de)。但是一旦人(rén)們認識到它的(de)重要性即進入快(kuài)速發展階段。這(zhè)時(shí)便開發出許多(duō)實際的(de)應用(yòng)，從而又相應地發現許多(duō)新的(de)材料，接著(zhe)新材料又會帶來(lái)更多(duō)的(de)新應用(yòng)。然而經過一個(gè)時(shí)期便又會進入飽和(hé)階段。目前材料科學的(de)不少領域都處于飽和(hé)階段。在過去幾十年中對(duì)一些化(huà)合物(wù)的(de)深入研究表明(míng)， 改變摻雜(zá)元素的(de)方法，不可(kě)能大(dà)幅度改進和(hé) 提高(gāo)材料的(de)性能。于是人(rén)們進行用(yòng)不均質的(de)陶瓷材料和(hé)精确控制材料的(de)多(duō)相性來(lái)改進單相材料某些性能的(de)複合材料。

　　壓電複合材料有多(duō)種複合方式。就結構來(lái)說有混合狀的(de)、層狀的(de)、梯形和(hé)蜂窩形的(de)。就材料來(lái)說，有PZT/聚合物(wù)、PZT/PZT(兩種PZT的(de)組分(fēn)不同）、PZT(緻密)/PZT(多(duō)孔）/ PZT(緻密）以及其它壓電材料與聚合物(wù)的(de)複 合材料等。

　　複合材料的(de)優點是在某些方面能突破原有材料的(de)*性能而獲得(de)遠(yuǎn)比此爲高(gāo)的(de)材料。例如用(yòng)PZT/矽橡膠制成的(de)複合材料，其壓電電壓系數達300X 10-3V . m/N，比PZT大(dà)15倍，并且具有有機材料的(de)某些優點：柔順、易制成大(dà)面積和(hé)複雜(zá)形狀的(de)器件、聲阻抗低、易和(hé)液體及人(rén)體匹配。又如将兩種溫度系數相反的(de)材料複合，例如PZT 53/47 和(hé)PZT 40/60的(de)溫度系數分(fēn)别爲正的(de)和(hé)負的(de)，把這(zhè)兩種不同組分(fēn)的(de)PZT陶瓷制成“2— 2”連通(tōng)模式的(de)夾層結構複合材料，其溫度系數幾乎接近于零。

　　另外，利用(yòng)複合技術不僅能提高(gāo)材料的(de)壓電性能、熱(rè)電性能，還(hái)能提高(gāo)材料的(de)耐壓性以及抗去極化(huà)性。

　　4、 壓電高(gāo)聚合物(wù)

　　以PVDF爲代表的(de)壓電高(gāo)聚合物(wù)薄膜,壓電性強、柔性好，特别是其聲阻抗與空氣、水(shuǐ)和(hé)生物(wù)組織很接近。因此PVDF在許多(duō)技術領域都有适用(yòng)性，特别是用(yòng)它制作用(yòng)于液體、生物(wù)體及氣體的(de)換能器，可(kě)獲得(de)比用(yòng)其它壓電材料制作的(de)換能器好的(de)阻抗匹配。用(yòng) PVDF材料可(kě)制成各種換能器，如微音(yīn)器、耳機和(hé)揚聲器等聲換能器；用(yòng)于固體、液體和(hé)氣體的(de)超聲換能器；醫用(yòng)換能器和(hé)開關器件等。 PVDF有機壓電薄膜還(hái)具有相當優良的(de)熱(rè)電性，使其在這(zhè)一領域也(yě)能發揮作用(yòng)。

　　此外，氧化(huà)鋅、氮化(huà)鋁和(hé)五氧化(huà)二钽等薄膜型壓電陶瓷材料，已成爲當今微波器件的(de)關鍵材料。