壓電阻抗分析儀簡述壓電材料及其應(yīng)用

　　壓電阻抗分析儀簡述壓電材料及其應(yīng)用
　　1880年居里兄弟發(fā)現(xiàn)，在石英晶體的特定方向上施加壓力或拉力會(huì)使晶體表面出現(xiàn)電荷，并且電荷的密度與施加外力的大小成比例，這就是壓電材料的正壓電效應(yīng)。隨后，居里兄弟又通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了逆壓電效應(yīng)，并且得到了石英晶體的正逆壓電系數(shù)。1894年沃伊特指出，結(jié)構(gòu)上具有不對稱中心的晶體介質(zhì)都可能是壓電材料。在現(xiàn)代社會(huì)中，壓電材料作為機(jī)電轉(zhuǎn)換的功能材料，在高新領(lǐng)域扮演著重要的角色。　　目前，利用壓電材料制作的壓電傳感器廣泛的應(yīng)用于壓電濾波器、微位移器、驅(qū)動(dòng)器和傳感器等電子器件中，在衛(wèi)星廣播、電子設(shè)備、生物以及航空航天等高新技術(shù)領(lǐng)域都有著重要的地位。隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，壓電材料逐步出現(xiàn)復(fù)合化、功能特殊化、性能極限化和結(jié)構(gòu)微型化等趨勢，性能優(yōu)良的壓電材料將成為本世紀(jì)重要的新材料之一。
　　壓電效應(yīng)原理
　　壓電材料即具有壓電效應(yīng)的一類功能材料。壓電效應(yīng)是指材料在壓力作用下產(chǎn)生電信號的效應(yīng)；或者在電場作用下，材料發(fā)生機(jī)械形變的現(xiàn)象。材料的壓電性由壓電常數(shù)決定，與晶體的對稱性密切相關(guān)。石英晶體是早發(fā)現(xiàn)的壓電晶體，也是目前好的和重要的壓電晶體之一。
　　壓電效應(yīng)是由于晶體在機(jī)械力的作用下發(fā)生形變而引起帶電粒子的相對位移，從而使得晶體的總電矩發(fā)生改變而造成的。晶體是否具有壓電性與晶體結(jié)構(gòu)的對稱性有關(guān)，只有具有不對稱中心的晶體才有可能具有壓電特性。因?yàn)閴弘娋w首先必須是不導(dǎo)電的，同時(shí)結(jié)構(gòu)上還必須要有分別帶正電荷和負(fù)電荷的質(zhì)點(diǎn)—離子或離子團(tuán)的存在。因此，壓電晶體還必須是粒子性晶體或有離子團(tuán)組成的分子晶體[1]。
　　三、壓電材料主要特性：
　　一般來說，壓電材料應(yīng)具備以下幾個(gè)主要特性：
　　（1）轉(zhuǎn)換特性：要求具有較高的壓電常數(shù)d33；
　　（2）機(jī)械性能：機(jī)械強(qiáng)度高、剛度大；
　　（3）電性能：高電阻率和高介電常數(shù)，防止加載驅(qū)動(dòng)電場時(shí)被擊穿；
　　（4）環(huán)境適應(yīng)性：溫度和濕度穩(wěn)定性好，要求具有較高的居里點(diǎn)，工作溫度范圍寬；
　　（5）時(shí)間穩(wěn)定性：要求壓電性能不隨時(shí)間變化，增強(qiáng)壓電材料工作穩(wěn)定性和壽命。
　　描述晶體材料的彈性、壓電、介電性質(zhì)的重要參數(shù)，如介電常數(shù)、彈性系數(shù)和壓電常數(shù)等，決定了壓電材料的基本性能。描述交變電場中壓電材料介電行為的介質(zhì)損耗角正切（tan δ），描述彈性諧振時(shí)的力學(xué)性能的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm及描述諧振時(shí)的機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)電耦合系數(shù)k等，決定了壓電材料的具體應(yīng)用方向。在壓電材料的研究及實(shí)際應(yīng)用中，以上參數(shù)都極為重要。