壓電效應(yīng)及其原理

壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。

相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。

       并非的陶瓷都具有壓電效應(yīng)。作為壓電陶瓷的原材料，在晶體結(jié)構(gòu)上一定是不具有對(duì)稱中心的晶體，如氧化鉛、氧化鋯、氧化鈦、碳酸鋇、氧化鈮、氧化鎂、氧化鋅等。將這些原材料在高溫下致密燒結(jié)，制成陶瓷，并將制好的陶瓷在直流高壓電場(chǎng)下進(jìn)行極化處理，才能成為壓電陶瓷。

常用的壓電陶瓷有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛以及三元系壓電陶瓷等。

     壓電陶瓷的應(yīng)用范圍非常廣泛，而且與人類的生活密切相關(guān)。其應(yīng)用大致可歸納為以下四方面：

（1）能量轉(zhuǎn)換。壓電陶瓷可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，故可用于制造壓電打火機(jī)、壓電點(diǎn)火機(jī)、移動(dòng)X光機(jī)電源等。用壓電陶瓷也可以把電能轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng)，用于探尋水下魚群，對(duì)金屬進(jìn)行無(wú)損探傷，以及超聲清洗、超聲醫(yī)療等。

（2）傳感。用壓電陶瓷制成的傳感器可用來檢測(cè)微弱的機(jī)械振動(dòng)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，可應(yīng)用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙感遙測(cè)、環(huán)境保護(hù)、家用電器等。

（3）驅(qū)動(dòng)。壓電驅(qū)動(dòng)器是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生形變，以精que地控制位移，可用于精密儀器與精密機(jī)械、微電子技術(shù)、光纖技術(shù)及生物工程等領(lǐng)域。

（4）頻率控制。壓電陶瓷還可以用來制造各種濾波器和諧振器。在收音機(jī)的電子線路中，振蕩器和濾波器是*的重要部件。壓電陶瓷用完成振蕩、濾波功能。

 壓電地震儀

地震震源一般在地殼內(nèi)比較深的地方。從震源開始，震動(dòng)不斷向四面八方傳播。震動(dòng)是一種機(jī)械波，當(dāng)?shù)卣饍x中的壓電陶瓷受到機(jī)械波的作用后，按照正壓電效應(yīng)，就會(huì)感應(yīng)出一定強(qiáng)度的電信號(hào)，這些信號(hào)可以在屏幕上顯示或是以其他形式表現(xiàn)出來。

    由于壓電陶瓷的壓電效應(yīng)非常靈敏，能精que測(cè)出幾達(dá)因的力的變化，甚至可以檢測(cè)到十多米外昆蟲拍打翅膀引起的空氣擾動(dòng)，所以壓電地震儀能精que地測(cè)出地震的強(qiáng)度。由于壓電陶瓷能測(cè)定聲波的傳播方向，故壓電地震儀還能指示出地震的方位和距離。可以毫不夸張地說，壓電陶瓷在地震預(yù)報(bào)方面大顯了身手。