壓電(dian)材料測(ce)試(shi)儀(yi)簡(jian)述壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)和(he)壓電(dian)材料

    1、壓電(dian)效(xiao)應(ying)

    壓(ya)電(dian)材料是(shi)指(zhi)受到壓力作(zuo)用(yong)在其兩端(duan)面會出現電(dian)荷(he)的壹(yi)大類(lei)單晶或(huo)多(duo)晶的固體材料，它是(shi)進行(xing)能量(liang)轉換(huan)和(he)信號(hao)傳遞(di)的(de)重(zhong)要載(zai)體(ti)。早報(bao)道(dao)材(cai)料具(ju)有(you)壓(ya)電(dian)特性的(de)是(shi)法國物(wu)理(li)學(xue)家居(ju)裏(li)兄弟，1880年(nian)他們發(fa)現把重(zhong)物(wu)放在石英(ying)晶體上，晶體某(mou)些表(biao)面會產生電(dian)荷(he)，電(dian)荷(he)量與(yu)壓力成(cheng)正(zheng)比(bi)，並將其成為(wei)壓電(dian)效(xiao)應(ying)。壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)可分為(wei)正(zheng)壓電(dian)效(xiao)應(ying)和(he)逆(ni)壓電(dian)效(xiao)應(ying)兩(liang)種(zhong)。某(mou)些(xie)介(jie)電(dian)體在機械力作(zuo)用(yong)下(xia)發(fa)生形(xing)變，使(shi)介電(dian)體內(nei)正(zheng)負電(dian)荷(he)中(zhong)心(xin)發生相(xiang)對位移而(er)極化，以(yi)致兩端(duan)表(biao)面出現符(fu)號(hao)相(xiang)反的束縛電(dian)荷(he)，其電(dian)荷(he)密度與應(ying)力成(cheng)比(bi)例(li)。這種(zhong)由(you)“壓力”產(chan)生“電(dian)”的現象稱(cheng)為(wei)正(zheng)壓電(dian)效(xiao)應(ying)。反之(zhi)，如(ru)果將(jiang)具(ju)有(you)壓(ya)電(dian)效(xiao)應(ying)的(de)介(jie)電(dian)體置(zhi)於外(wai)電(dian)場中(zhong)，電(dian)場使(shi)介質內(nei)部(bu)正(zheng)負電(dian)荷(he)位移，導(dao)致介質產生形(xing)變。這(zhe)種(zhong)由(you)“電(dian)”產生“機(ji)械變(bian)形(xing)”的現象稱(cheng)為(wei)逆(ni)壓電(dian)效(xiao)應(ying)。

    2、壓(ya)電(dian)材料

    （1）壓電(dian)單晶

    壓電(dian)單晶是(shi)指(zhi)按晶體空(kong)間點(dian)陣(zhen)長程(cheng)有序(xu)生長而(er)成的晶體。這(zhe)種(zhong)晶體結(jie)構(gou)無(wu)對(dui)稱(cheng)中(zhong)心(xin)，因此具(ju)有(you)壓(ya)電(dian)性。如(ru)石英(ying)晶體、鎵酸鋰、鍺酸鋰、鍺酸鈦(tai)以(yi)及(ji)鐵晶體管(guan)鈮(ni)酸(suan)鋰、鉭(tan)酸(suan)鋰等。壓(ya)電(dian)單晶材料的生長方法包括水(shui)熱(re)法、提(ti)拉(la)法、坩堝(guo)下(xia)降(jiang)法和(he)泡(pao)生法等。

    （2）壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)

    壓電(dian)陶瓷(ci)則(ze)泛指(zhi)壓電(dian)多晶體， 是(shi)指(zhi)用(yong)必(bi)要成份的原料進行(xing)混(hun)合(he)、成型(xing)、高(gao)溫(wen)燒(shao)結，由(you)粉(fen)粒(li)之(zhi)間的(de)固相反應(ying)和(he)燒(shao)結過程(cheng)而(er)獲得的微(wei)細晶粒無(wu)規(gui)則(ze)集(ji)合(he)而(er)成的多(duo)晶體， 具(ju)有(you)壓(ya)電(dian)性的(de)陶瓷(ci)稱(cheng)壓(ya)電(dian)陶瓷(ci)。壓電(dian)陶瓷(ci)材料具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的耐潮濕(shi)、耐磨和(he)耐高溫(wen)性能，硬(ying)度較(jiao)高(gao)，物理和(he)化學(xue)性能穩(wen)定(ding)。壓電(dian)陶瓷(ci)材料包括鈦(tai)酸(suan)鋇(bei)BT、鋯(gao)鈦(tai)酸(suan)鉛PZT、改性鋯(gao)鈦(tai)酸(suan)鉛、偏鈮酸鉛(qian)、鈮(ni)酸鉛鋇(bei)鋰PBLN、改性鈦(tai)酸(suan)鉛PT等。

    （3）壓電(dian)薄膜(mo)

    壓(ya)電(dian)薄膜(mo)材(cai)料是(shi)原子(zi)或(huo)原子(zi)團經(jing)過或(huo)濺(jian)射(she)的方法沈(chen)積(ji)在襯底上而(er)形(xing)成的(de)，其結構(gou)可以是(shi)費(fei)靜態(tai)、多(duo)晶甚至(zhi)是(shi)單晶。壓電(dian)薄膜(mo)制備(bei)的(de)器件不(bu)需要使用(yong)價(jia)格昂貴的壓電(dian)單晶，只(zhi)要在襯底上沈(chen)積(ji)壹(yi)層(ceng)很(hen)薄的壓(ya)電(dian)材料，因而(er)具(ju)有(you)經(jing)濟(ji)和(he)省(sheng)料的特點(dian)。而(er)且制備(bei)薄膜(mo)過程(cheng)中(zhong)按照壹(yi)定(ding)取(qu)向來(lai)沈(chen)積(ji)薄膜(mo)，不(bu)需要進行(xing)極化定(ding)向和(he)切割(ge)等工(gong)藝。另(ling)外，利用(yong)壓(ya)電(dian)薄膜(mo)制備(bei)的(de)器件應(ying)用(yong)範圍(wei)廣泛、制作(zuo)簡(jian)單、成本低(di)廉(lian)，同時其能量(liang)轉換(huan)效(xiao)率(lv)高(gao)，還能與(yu)半(ban)導(dao)體工(gong)藝集(ji)成(cheng)，符(fu)合(he)壓電(dian)器件微(wei)型(xing)化和(he)集(ji)成(cheng)化的(de)趨勢。