专业解析压电陶瓷原理
导语:众所周知,压电陶瓷属于一种具备压电性、介电性、弹性等优良特性的电子陶瓷材料。压电陶瓷在机械效应下,会发生一些压电效应,这种反应十分具有灵敏性,充分利用之便可广泛应用于医学领域和声学领域。其实据小编了解,压电陶瓷除了作用于这些高科技领域之外,与我们日常生活也是密不可分的。那么,压电陶瓷的原理究竟是什么,让我们一起来看看吧。
压电性质的宏观解释
我们知道构成陶瓷分子的晶相是晶粒,这种晶粒是具有铁电性的,因为陶瓷内部的晶粒的取向具有随机性,所以内部的各个铁电性晶粒的自发极化矢量也是没有规律可循的,也就是呈混乱取向。因而为了使陶瓷表现出我们想要得到的压电特性,可以对其进行强直流电场下的极化处理。经过处理之后,混乱的取向自然而然会变成最优化的取向。在电场撤离之后,陶瓷不会完全恢复原状态,而是会剩余一部分极化强度,因此具备了压电性。
压电陶瓷的原理
正压电效应物理机制
上述的极化处理显然是使陶瓷具备压电性至关重要的一步,这一步的物理机制可以用电荷来解释。极化后的陶瓷片会有束缚电荷出现在两端,外界的自由电荷会被吸附到电极表面上,这是一个充电的过程。这时,当有外力压向陶瓷片时,两端就会向外界放电;反之,当有外力反向作用时,两端将会进行充电。这个过程实现了机械效应向电效应的转换,因而该现象又叫做正压电效应。
逆压电效应物理机制
除上面提到的极化方法之外,压电陶瓷也具备了自发极化的功能。这种极化会在外电场下发生变化,进而使得压电陶瓷变形。与自发极化方向相同的外电场叫正向电场,它会增强压电陶瓷的极化强度,使片体沿着极化方向伸长,反之如果加上了反向电场,相对应极化强度会减弱陶瓷将会沿着极化方向进行缩短。这个过程刚刚好是上述过程的逆过程,它实现了电效应向机械效应的转换,故此现象是逆压电效应。
压电陶瓷的出现,使得一些传统材料望其项背,达不到其优秀的物理特性和广泛的应用前景。压电陶瓷虽是一种新型材料,却因其简单的原理使其合成方便,具有亲民性。相信未来的压电陶瓷能克服种种障碍,为人类的生活提供更好的服务。
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