壓電效應 能發出超聲波的壓電陶瓷是什麼東西?

2020-11-23 天極網資訊

知識點：壓電陶瓷是一種基於壓電效應，能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料，屬於無機非金屬材料。

目前，超聲傳感器主要分為兩種，一種是基於壓電效應的壓電傳感器，另一種是基於磁致伸縮效應的磁致伸縮傳感器。

運用壓電效應原理的超聲波傳感器，其常用的壓電材料主要為石英晶體、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷等。在壓電材料切片上施加交變電壓，使它產生電致伸縮振動，就能產生超聲波。

壓電陶瓷是一種基於壓電效應，能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料，屬於無機非金屬材料。

壓電效應是某些晶體和壓電陶瓷所具有的性質，在某些電介質上加載負荷後，使其產生極化現象，在其表面上，正負電荷會發生分離。當去除外力後，如果極化現象不消失，就稱為正壓電效應；相反，當在電介質的極化方向上施加電場，電介質也會發生變形，但是當電場去掉後，電介質的變形也隨之消失，這種現象就稱為逆壓電效應，或稱為電致伸縮現象。

壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將極其微弱的機械振動轉換成電信號。鋯鈦酸鉛系（PZT）壓電陶瓷是目前使用最廣，能夠最有效地實現機械能與電能的轉換的壓電陶瓷，所以在現代工業上有著廣泛的應用，佔據著壓電陶瓷總產量的70%。

PZT壓電陶瓷晶體在居裡溫度以上時，其結構為立方晶系鈣鈦礦型，到居裡溫度時，發生相變並發生自發極化轉成四方鐵電相。PZT的晶格常數隨組成的不同而不同，在四方鐵電相區域，隨著Zr含量的增加，晶胞的體積會隨之相應增大，就具有良好的機電耦合係數和機械品質因數。

另外，由於PZT體系壓電陶瓷含有大量重金屬鉛Pb，對生態環境造成不利影響，因此，找出合適的無鉛材料逐步取代PZT壓電陶瓷是現在壓電陶瓷領域研究的重點。

作者：蝌蚪君

（作者：科普中國責任編輯：天極科普君）

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