壓電陶瓷的原理及應用

壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-壓電效應,壓電陶瓷除具有壓電性外,還具有介電性、彈性等,已被廣泛應用於醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。壓電陶瓷利用其材料在機械應力作用下，引起內部正負電荷中心相對位移而發生極化，導致材料兩端表面出現符號相反的束縛電荷即壓電效應而製作，具有敏感的特性，壓電陶瓷主要用於製造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑑頻器、高壓發生器、紅外探測器、聲表面波器件、電光器件、引燃引爆裝置和壓電陀螺等，除了用於高科技領域，它更多的是在日常生活中爲人們服務，爲人們創造更美好的生活而努力。


常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛二元系及在二元系中添加第三種ABO3(A表示二價金屬離子，B表示四價金屬離子或幾種離子總和爲正四價）型化合物，如：Pb(Mn1/3Nb2/3）O3和Pb(Co1/3Nb2/3）O3等組成的三元系。如果在三元系統上再加入第四種或更多的化合物，可組成四元系或多元系壓電陶瓷。此外，還有一種偏鈮酸鹽系壓電陶瓷，如偏鈮酸鉀鈉（Na0.5·K0.5·NbO3）和偏鈮酸鍶鋇（Bax·Sr1-x·Nb2O5）等，它們不含有毒的鉛，對環境保護有利。


先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，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，這時需要啓動的減震功能；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。　綜上所訴：壓電陶瓷是矢量轉換材料　力--->；電　電--->；力　1次力電轉化，典型應用：壓電點火，稱量傳感　1次電力轉換：制動器，執行器　電-->；力--->；形變--->；振動----聲波-->；電聲-->；超聲等　形變--->；位移-->；檢測　電->；力-->；電，壓電變壓器等等~　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爲人們服務，創造美好的生活。壓電陶瓷的主要原料還包括鉛等有毒物質。下一階段，無鉛壓電陶瓷和低溫壓電陶瓷將是發展的方向。


主要用途


1、聲音轉換器聲音轉換器是常見的應用之一。像拾音器、傳聲器、耳機、蜂鳴器、超聲波探深儀、聲納、材料的超聲波探傷儀等都可以用壓電陶瓷做聲音轉換器。如兒童玩具上的蜂鳴器是電流通過壓電陶瓷的逆壓電效應產生振動，而發出人耳可以聽得到的聲音。壓電陶瓷通過電子線路的控制，可產生不同頻率的振動，從而發出各種不同的聲音。例如電子音樂賀卡，是通過逆壓電效應把交流音頻電信號轉換爲聲音信號。
2、壓電引爆器自從一戰中英軍發明了坦克，並在法國索姆河的戰鬥中使用而重創了德軍後，坦克在多次戰鬥中大顯身手。然而到了20世紀六七十年代，由於反坦克武器的發明，坦克失去了昔日的輝煌。反坦克炮發射出的穿甲彈接觸坦克，會馬上爆炸，把坦克炸得粉碎。這是因爲彈頭上裝有壓電陶瓷，它能把相碰時的強大機械力轉變爲瞬間高電壓，爆發火花而引爆炸藥。
3、壓電打火機煤氣竈上用的一種新式電子打火機，是利用壓電陶瓷製成的。只要用手指壓一下打火按鈕，打火機上的壓電陶瓷能產生高電壓，形成電火花而點燃煤氣，可以長久使用。所以壓電打火機不僅使用方便，安全可靠，而且壽命長，例如一種鈦鉛酸鉛壓電陶瓷製成的打火機可使用100萬次以上。[2] 
4、防核護目鏡核試驗員帶上用透明壓電陶瓷做成的護目鏡後，當核爆炸產生的光輻射達到危險程度時，護目鏡裏的壓電陶瓷把它轉變成瞬時高壓電，在1/1000s裏，能把光強度減弱到只有1/10000，當危險光消失後，又能恢復到原來的狀態。這種護目鏡結構簡單，只有幾十克重，安裝在防核護目頭盔上攜帶十分方便。
5、超聲波換能器適用於用於超聲波焊接設備以及超聲波清洗設備，主要採用大功率發射型壓電陶瓷製作，超聲波換能器是一種能把高頻電能轉化爲機械能的裝置，超聲波換能器作爲能量轉換器件，它的功能是將輸入的電功率轉換成機械功率（即超聲波）再傳遞出去，而它自身消耗很少的一部分功率。
6、聲納在海戰中，很難對付的是潛艇，它能長期在海下潛航，神不知鬼不覺地偷襲港口、艦艇，使敵方大傷腦筋。如何尋找敵潛艇？靠眼睛不行，用雷達也不行，因爲電磁波在海水裏會急劇衰減，不能有效地傳遞信號，探測潛艇靠的是聲納------水下耳朵。壓電陶瓷是製造聲納的材料，它發出超聲波，遇到潛艇便反射回來，被接收後經過處理，可測出敵潛艇的方位、距離等。


常見運用


1：正逆壓電效應應用
2：壓電陶瓷蜂鳴器|揚聲器
3：壓電陶瓷拾音器
4：壓電變壓器
5：壓電陶瓷點火器