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壓電效應 |
壓電效應:某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時,其內部會產生極化現象,同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉後,它又會恢復到不帶電的狀態,這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時,電荷的極性也隨之改變。相反,當在電介質的極化方向上施加電場,這些電介質也會發生變形,電場去掉後,電介質的變形隨之消失,這種現象稱為逆壓電效應。依據電介質壓電效應研製的一類傳感器稱為壓電傳感器。
簡介
正壓電效應
是指:當晶體受到某固定方向外力的作用時,內部就產生電極化現象,同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷;當外力撤去後,晶體又恢復到不帶電的狀態;當外力作用方向改變時,電荷的極性也隨之改變;晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應製成的。
逆壓電效應
是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。用逆壓電效應製造的變送器可用於電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形式。壓電晶體是各向異性的,並非所有晶體都能在這5種狀態下產生壓電效應。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應,但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。
評價
在能量轉換方面,利用壓電陶瓷將外力轉換成電能的特性,可以製造出壓電點火器、移動X光電源、炮彈引爆裝置。電子打火機中就有壓電陶瓷製作的火石,打火次數可在100萬次以上。用壓電陶瓷把電能轉換成超聲振動,可以用來探尋水下魚群的位置和形狀,對金屬進行無損探傷,以及超聲清洗、超聲醫療,還可以做成各種超聲切割器、焊接裝置及烙鐵,對塑料甚至金屬進行加工。
壓電陶瓷具有敏感的特性,可以將極其微弱的機械振動轉換成電信號,可用於聲納系統、氣象探測、遙測環境保護、家用電器等。地震是毀滅性的災害,而且震源始於地殼深處,以前很難預測,使人類陷入了無計可施的尷尬境地。壓電陶瓷對外力的敏感使它甚至可以感應到十幾米外飛蟲拍打翅膀對空氣的擾動,用它來製作壓電地震儀,能精確地測出地震強度,指示出地震的方位和距離。這不能不說是壓電陶瓷的一大奇功。
壓電陶瓷在電場作用下產生的形變量很小,最多不超過本身尺寸的千萬分之一,別小看這微小的變化,基於這個原理製做的精確控制機構--壓電驅動器,對於精密儀器和機械的控制、微電子技術、生物工程等領域都是一大福音。
諧振器、濾波器等頻率控制裝置,是決定通信設備性能的關鍵器件,壓電陶瓷在這方面具有明顯的優越性。它頻率穩定性好,精度高及適用頻率範圍寬,而且體積小、不吸潮、壽命長,特別是在多路通信設備中能提高抗干擾性,使以往的電磁設備無法望其項背而面臨着被替代的命運。
我們來看一種新型自行車減震控制器,一般的減振器難以達到平穩的效果,而這種ACX減震控制器,通過使用壓電材料,首次提供了連續可變的減震功能。一個傳感器以每秒50次的速率監測衝擊活塞的運動,如果活塞快速動作,一般是由於行駛在不平地面而造成的快速衝擊,這時需要啟動最大的減震功能;如果活塞運動較慢,則表示路面平坦,只需動用較弱的減震功能。
可以說,壓電陶瓷雖然是新材料,卻頗具平民性。它用於高科技,但更多地是在生活中為人們眼務,創造美好的生活。[1]