壓電材料(liao)測(ce)試儀(yi)帶(dai)妳(ni)了(le)解(jie)壓電材料(liao)的(de)發展

　　1、壓電陶(tao)瓷(ci)

　　BaTi03是早(zao)發現的(de)壓電陶(tao)瓷(ci)，早(zao)在1949年日本(ben)就研(yan)究(jiu)利(li)用它(ta)的(de)壓電性(xing)設計魚群(qun)探(tan)測(ce)器，其大(da)的(de)缺(que)點(dian)是諧(xie)頻(pin)溫(wen)度(du)特(te)性(xing)差(cha)。，但(dan)是用(yong)Pb和Ca等(deng)元(yuan)素(su)部(bu)分地(di)取代(dai)BaTi03中(zhong)的(de)Ba，可以改(gai)進BaTi03陶(tao)瓷(ci)的(de)溫(wen)度(du)特(te)性(xing)。

　　象(xiang)BaTiO,那(na)樣(yang)的(de)單元(yuan)系壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)，還有(you)PbTiO3和PbZrO3等(deng)。PbTiO3陶(tao)瓷(ci)是壹(yi)種(zhong)鈣鈦(tai)礦結(jie)構的(de)材料(liao)，它(ta)具(ju)有居(ju)裏(li)溫(wen)度(du)高(gao)（490℃)、各(ge)向(xiang)異性(xing)大(da)(c/a=l.064)和介(jie)電常(chang)數(shu)小(ε= 200)等(deng)特(te)點(dian)。另外(wai)，它(ta)的(de)諧(xie)頻(pin)溫(wen)度(du)特(te)性(xing)也好，並(bing)且(qie)頻(pin)率(lv)常(chang)數(shu)比(bi)PZT髙(髙)，所以是壹(yi)種(zhong)很(hen)有前(qian)途的(de)高溫(wen)髙(髙)頻壓(ya)電材料(liao)。但(dan)是用(yong)常(chang)規方法很(hen)難獲得致(zhi)密(mi)的(de)純PbTiOs壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)，因為PbTiO3陶(tao)瓷(ci)燒(shao)結(jie)後(hou),冷(leng)卻到(dao)居(ju)裏(li)點（490℃)時(shi)易(yi)出(chu)現微(wei)裂紋，甚(shen)至破(po)碎(sui)。所以人(ren)們(men)往往采(cai)用(yong)引(yin)入(ru)添(tian)加物的(de)方法(fa)對其進(jin)行改(gai)性。現在用Mn、 W、Ca、Bi、La和Nb改(gai)性的(de)PbTiOa陶(tao)瓷(ci)，都(dou)具(ju)有良好(hao)的(de)壓電性(xing)能(neng)，是生(sheng)產(chan)高頻(pin)壓電濾(lv)波(bo)器的(de)優良材料(liao)。

　　鋯鈦(tai)酸(suan)鉛壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)，簡(jian)稱(cheng)PZT陶(tao)瓷(ci)，是壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)材料(liao)中(zhong)用得(de)多(duo)zui廣(guang)的(de)壹(yi)種(zhong)。PZT 的(de)機(ji)電耦(ou)合(he)系數(shu)高(gao)，溫(wen)度(du)穩定性(xing)好，並(bing)且(qie)有(you)較(jiao)高的(de)居(ju)裏(li)溫(wen)度(du)（?300℃)。用(yong)Sr、Ca、Mg等(deng)元(yuan)素(su)部(bu)分地(di)取代(dai)PZT中(zhong)的(de)Pb，或者(zhe)是通(tong)過添(tian)加Nb、La、Sb、Cr、Mn等(deng)元(yuan)素(su)來(lai)改(gai)性，可(ke)以制(zhi)成(cheng)許(xu)多(duo)不同用途的(de)PZT型壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)，如(ru)PZT—4、PZT—5、PZT—6、PZT—7 和 PZT—8 等(deng)。PZT陶(tao)瓷(ci)的(de)出(chu)現，是壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)發展*新(xin)的(de)裏程碑(bei)，大(da)大(da)地(di)提高了(le)壓電陶(tao)瓷(ci)的(de)性能(neng)和擴(kuo)大(da)了(le)其應(ying)用範圍。除了(le)PZT之外(wai)，二(er)元(yuan)系壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)還有(you)（Pb，Ba)Nb03、（Na,K)Nb03和(Na，Cd)Nb03等(deng)，都(dou)是比(bi)較適(shi)用(yong)的(de)壓電材料(liao)。

　　2、壓(ya)電晶(jing)體(ti)

　　壓(ya)電器件及(ji)其應(ying)用的(de)發展，取決(jue)於壓電材料(liao)種(zhong)類的(de)更(geng)新(xin)和性(xing)能(neng)的(de)提高。為了開發壓(ya)電新(xin)應(ying)用，在石英晶體(ti)之後(hou)，人(ren)們(men)又研(yan)制(zhi)出(chu)了羅息(xi)爾(er)鹽(yan)、KDP、ADP、EDT、DKT和LH等(deng)多(duo)種(zhong)壓電晶(jing)體(ti)。但(dan)是由於它們(men)的(de)性能(neng)往往存(cun)在某種(zhong)或某(mou)些缺(que)陷(xian)，例(li)如(ru)羅息(xi)爾(er)鹽(yan)易(yi)水(shui)解(jie)等，所(suo)以隨(sui)著(zhe)人(ren)造(zao)石英的(de)大(da)量(liang)生(sheng)產(chan)和壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)性(xing)能(neng)的(de)提高，這(zhe)些晶體(ti)現在大(da)多(duo)都(dou)已(yi)基(ji)本上不用(yong)了(le)。現在石英晶體(ti)仍(reng)是重(zhong)要(yao)的(de)，也是用(yong)量大(da)的(de)振蕩(dang)器、諧(xie)振(zhen)器和窄(zhai)帶(dai)濾(lv)波(bo)器等(deng)頻控(kong)元(yuan)件的(de)壓電材料(liao)。除了(le)石(shi)英之外(wai)，性(xing)能好(hao)並(bing)且(qie)使(shi)用量也大(da)的(de)壓電晶(jing)體(ti)是鈮酸(suan)鋰(li)(LiNbO3)和鉭(tan)酸(suan)鋰(li)(LiTa03)。它(ta)們(men)大(da)量(liang)地(di)用作(zuo)SAW器件,例如(ru)SAW濾(lv)波(bo)器、振(zhen)蕩器、延(yan)遲(chi)線(xian)以及(ji)SAW相(xiang)關(guan)器和卷(juan)積器等(deng)。

　　我們(men)國(guo)家的(de)LiNbO3單晶研究(jiu)始(shi)於1968年，相(xiang)繼(ji)開展了結構分析、缺(que)陷(xian)分析、原材料(liao)的(de)純化(hua)、晶體性能測試(shi)以及(ji)晶(jing)體(ti)的(de)電、聲(sheng)、光(guang) 方面(mian)的(de)應用(yong)研究(jiu)等。

　　3、壓(ya)電復(fu)合(he)材料(liao)

　　材料(liao)科(ke)學的(de)發展象許(xu)多(duo)領域(yu)的(de)發展壹(yi)樣(yang)，都(dou)有(you)壹(yi)種(zhong)曲線(xian)規律(lv)。壹(yi)種(zhong)新(xin)效應被(bei)發現後，在沒有認識到它的(de)重要(yao)性之前(qian)，發展是相(xiang)當緩(huan)慢(man)的(de)。但是壹(yi)旦人(ren)們(men)認識到它的(de)重要(yao)性即(ji)進入(ru)快速(su)發展階段。這(zhe)時(shi)便(bian)開發出(chu)許(xu)多(duo)實際的(de)應用(yong)，從而又相(xiang)應地(di)發現許(xu)多(duo)新(xin)的(de)材料(liao)，接著(zhe)新(xin)材料(liao)又會帶(dai)來(lai)更(geng)多(duo)的(de)新(xin)應(ying)用。然而經過壹(yi)個時(shi)期便(bian)又會進入飽(bao)和階段。目(mu)前(qian)材料(liao)科(ke)學的(de)不少領域(yu)都(dou)處於飽和階段。在過去幾(ji)十(shi)年中對壹(yi)些化合(he)物的(de)深入(ru)研究(jiu)表(biao)明(ming)， 改(gai)變(bian)摻(chan)雜(za)元(yuan)素(su)的(de)方法(fa)，不可能大(da)幅(fu)度(du)改(gai)進和 提高材料(liao)的(de)性能(neng)。於是人(ren)們(men)進行(xing)用不(bu)均質的(de)陶(tao)瓷(ci)材料(liao)和精(jing)確(que)控(kong)制(zhi)材料(liao)的(de)多(duo)相(xiang)性來(lai)改(gai)進單相(xiang)材料(liao)某(mou)些性能(neng)的(de)復(fu)合(he)材料(liao)。

　　壓(ya)電復(fu)合(he)材料(liao)有(you)多(duo)種(zhong)復(fu)合(he)方式。就(jiu)結(jie)構(gou)來(lai)說有(you)混(hun)合(he)狀的(de)、層狀的(de)、梯形(xing)和蜂(feng)窩(wo)形(xing)的(de)。就材料(liao)來(lai)說，有(you)PZT/聚(ju)合(he)物、PZT/PZT(兩種(zhong)PZT的(de)組分不同）、PZT(致密)/PZT(多(duo)孔）/ PZT(致(zhi)密(mi)）以及(ji)其它(ta)壓電材料(liao)與(yu)聚(ju)合(he)物的(de)復(fu) 合(he)材料(liao)等(deng)。

　　復(fu)合(he)材料(liao)的(de)優點是在某些方面(mian)能(neng)突(tu)破原有(you)材料(liao)的(de)*性能(neng)而獲得遠比(bi)此為高的(de)材料(liao)。例(li)如(ru)用(yong)PZT/矽橡(xiang)膠制(zhi)成(cheng)的(de)復(fu)合(he)材料(liao)，其壓(ya)電電壓(ya)系數(shu)達(da)300X 10-3V . m/N，比(bi)PZT大(da)15倍(bei)，並(bing)且(qie)具(ju)有有(you)機(ji)材料(liao)的(de)某些優點：柔順、易(yi)制(zhi)成(cheng)大(da)面(mian)積和復(fu)雜(za)形(xing)狀的(de)器件、聲(sheng)阻抗低、易(yi)和液體及(ji)人(ren)體(ti)匹配(pei)。又如(ru)將(jiang)兩(liang)種(zhong)溫(wen)度(du)系數(shu)相(xiang)反的(de)材料(liao)復(fu)合(he)，例如(ru)PZT 53/47 和PZT 40/60的(de)溫(wen)度(du)系數(shu)分別為正的(de)和負(fu)的(de)，把(ba)這(zhe)兩種(zhong)不同組分的(de)PZT陶(tao)瓷(ci)制(zhi)成(cheng)“2— 2”連(lian)通(tong)模式(shi)的(de)夾(jia)層結(jie)構(gou)復(fu)合(he)材料(liao)，其溫(wen)度(du)系數(shu)幾(ji)乎接近於零(ling)。

　　另外(wai)，利(li)用復(fu)合(he)技術(shu)不僅(jin)能提高材料(liao)的(de)壓電性(xing)能(neng)、熱(re)電性(xing)能(neng)，還能(neng)提高材料(liao)的(de)耐壓性(xing)以及(ji)抗去極化性。

　　4、 壓(ya)電高(gao)聚(ju)合(he)物

　　以PVDF為代(dai)表(biao)的(de)壓電高(gao)聚(ju)合(he)物薄膜(mo),壓電性(xing)強(qiang)、柔(rou)性好，特(te)別是其聲(sheng)阻抗與空氣、水(shui)和生(sheng)物組織很(hen)接近。因此PVDF在許(xu)多(duo)技術(shu)領域(yu)都(dou)有(you)適(shi)用(yong)性(xing)，特(te)別是用(yong)它制(zhi)作(zuo)用於液體、生物體及(ji)氣體(ti)的(de)換能器，可(ke)獲得比(bi)用其它(ta)壓電材料(liao)制(zhi)作(zuo)的(de)換能器好(hao)的(de)阻抗匹配(pei)。用(yong) PVDF材料(liao)可(ke)制(zhi)成(cheng)各(ge)種(zhong)換能器，如(ru)微(wei)音器、耳(er)機(ji)和揚(yang)聲(sheng)器等(deng)聲(sheng)換能器；用(yong)於固體、液體和氣體(ti)的(de)超聲(sheng)換能器；醫(yi)用換能器和開關(guan)器件等。 PVDF有(you)機(ji)壓電薄(bo)膜(mo)還具(ju)有相(xiang)當優良的(de)熱電性(xing)，使(shi)其在這壹(yi)領域(yu)也能發揮(hui)作用(yong)。

　　此外，氧(yang)化(hua)鋅、氮化(hua)鋁(lv)和五(wu)氧(yang)化(hua)二(er)鉭等薄膜(mo)型壓(ya)電陶(tao)瓷(ci)材料(liao)，已(yi)成(cheng)為當今(jin)微(wei)波(bo)器件的(de)關(guan)鍵材料(liao)。