壓電效應概述

壓電效應概述2008-6-1417:14:39 |轉(zhuǎn)載|固定鏈接|評論(0) |瀏覽(473)本文轉(zhuǎn)載自光伏技術(shù)壓電效應英文名稱：Piezoelectriceffect壓電效應概述壓電效應：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時在它的兩個相對表面上出現(xiàn)正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。壓電效應分類壓電效應可分為正壓電效應和逆壓電效應。正壓電效應是指：當晶體受到某固定方向外力的作用時,內(nèi)部就產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，同時在某兩個表面上產(chǎn)生符號相反的電荷；當外力撤去后，晶體又恢復到不帶電的狀態(tài)；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產(chǎn)生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應制成的。逆壓電效應是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現(xiàn)象，又稱電致伸縮效應。用逆壓電效應制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形式(見圖)。壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這5種狀態(tài)下產(chǎn)生壓電效應。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應，但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。壓電效應歷史與應用06年是居里兄弟皮爾（P.Curie）與杰克斯（J.Curie）發(fā)現(xiàn)壓電效應（piezoelectriceffect，注一）的一百周年。一百年前在杰克斯的實驗室發(fā)現(xiàn)了壓電性。起先，皮爾致力于焦電現(xiàn)象（pyroelectriceffect,注二）與晶體對稱性關(guān)系的研究，后來兄弟倆卻發(fā)現(xiàn)，在某一類晶體中施以壓力會有電性產(chǎn)生。他們有系統(tǒng)的研究了施壓方向與電場強度間的關(guān)系，及預測某類晶體具有壓電效應。經(jīng)他們實驗而發(fā)現(xiàn)，具有壓電性的材料有：閃鋅礦（zincblende）、鈉氯酸鹽（sodiumchlorate）、電氣石（tourmaline）、石英（quartz）、酒石酸（tartaricacid）、蔗糖（canesuger）、方硼石（boracite）、異極礦（calamine）、黃晶（topaz）及若歇爾鹽（Rochellesalt）。這些晶體都具有非晶方性（anisotropic）結(jié)構(gòu)，晶方性（isotropic）材料是不會產(chǎn)生壓電性的。在非晶方性晶體中，施一外力使晶體變形，則由于晶格中電荷的移動造成晶體內(nèi)局部性不均勻電荷分布，而產(chǎn)生一電位移。電荷的位移是由于晶體內(nèi)部所有離子的移動，或者因為原子軌道上電子分布的變形而引起離子偏極化所造成，這些電荷位移現(xiàn)象在所有材料中都存在，可是要具有壓電效應，則必須能在材料每單位體積中造成有效地凈的電雙極矩變化。是否能有這種變化，端視晶格結(jié)構(gòu)之對稱性而定。壓電現(xiàn)象理論最早是李普曼（Lippmann）在研究熱力學原理時就已發(fā)現(xiàn)，后來在同一年，居里兄弟做實驗證明了這個理論，且建立了壓電性與晶體結(jié)構(gòu)的關(guān)系。1894年，福克特（W.Voigt）更嚴謹?shù)囟ǔ鼍w結(jié)構(gòu)與壓電性的關(guān)系，他發(fā)現(xiàn)32種晶類（class）具有壓電效應。今天，我們都知道，壓晶體管可用來作為聲波的產(chǎn)生器與接收器，無論在軍事上（如聲納）、工業(yè)上、工程上都具有廣泛的用途?？墒窃缭诰永镄值馨l(fā)現(xiàn)壓電性后的三分之一世紀中，壓電效應在應用上幾乎沒有受到任何重視。就是皮爾本人也只不過用它來測量鐳元素所輻射出的電荷罷了。到了第一次世界大戰(zhàn)，盟軍軍艦受到德國潛艇的攻擊大量受損，于是設法尋找有效偵測潛艇的方法。因為電磁波無法有效穿透海水，而聲波則能容易地在海里行進，因此，當時的藍杰文（P.Langevin）發(fā)展出利用石英壓晶體管作為聲波產(chǎn)生器?？上У鹊接辛撕媒Y(jié)果，大戰(zhàn)已接近尾聲而來不及用上了。石英兩面各貼一鋼片，使其振蕩頻率降到50KHz，外加一電脈波訊號，則經(jīng)換能器轉(zhuǎn)換成聲波傳至海底；過一段時間后，換能器接收到由海底反射之回波，由來回時間及波在海中行進的速度，可決定換能器到海底的距離。這個原理同樣可測潛艇的位置。第一次大戰(zhàn)后不久，石英換能器便發(fā)展出兩項重要的應用。首先，哈佛大學的皮爾士教授(G.W.Pierce)用石英晶體制作超聲波干涉儀，由石英所發(fā)生的超聲波和圖中聲波反射器所反射的回波混合，產(chǎn)生極大值，若微調(diào)反射板使前進或后退，則可獲得另一極大值，由兩極大值間的距離，亦即反射板在兩相鄰極大值間所移動的距離，可測出聲波波長。因為已知頻率，因此由頻率與波長的乘積，可定出波在氣體介質(zhì)中的速度。同時，由幾個極大值間的振幅降低率，可求出波在氣體中的表減系數(shù)。當時用它來測量聲波在二氧化碳中波速對頻率的關(guān)系，而求出波速的色散關(guān)系。用這種方法，可研究氣體在不同混合比與溫度下聲波的波速與衰減率。1927年，伍德(R.W.Wood)與魯密斯(A.L.Loomis)首先使用高功率超聲波。使用藍杰文型的石英換能器配合高功率真空管，在液體中產(chǎn)生高能量，使液體引起所謂的空腔(cavitation)現(xiàn)象。同時也研究高功率超聲波對生物試樣的效應。在水下音響(underwatersound)的研究中發(fā)現(xiàn)，石英晶體并不是很好的換能器材料，但是它的振蕩頻率卻不隨溫度而變，亦即所謂的具有低的溫度系數(shù)。這種頻率對溫度的高穩(wěn)定性，用在控制振蕩器的頻率，及某些濾波器上最有用。1919年，卡迪(Cady)教授第一次利用石英當作頻率控制器，圖四就是最早期的晶體控制振蕩器電路。因為晶體具有極高的Q值(注三)，振蕩器的頻率受到晶體共振頻率的控制，且頻率不隨溫度變化而變。后來，皮爾士和皮爾士-米勒(Pierce-Miller)又發(fā)明一種以后廣被采用的晶體控制振蕩電路。在第二次世界大戰(zhàn)中，大約使用了一千萬個晶體振蕩器，用以建立坦克與坦克之間及地面和飛機之間的通訊。石英晶體另一個重要的應用在于獲得高度頻率選擇性的振蕩器。石英晶體是一個高Q值的壓電芯片，高Q值意味著低的聲波能量損耗(其衰減率則與頻率平方成正比)；高Q值也意味著窄頻帶，因此不適合聲音傳輸電路使用。為了能在載波通信系統(tǒng)中使用，可用一串聯(lián)電感(見圖五)來獲得寬帶操作。此類濾波器的結(jié)構(gòu)圖，它常被用在有線通訊系統(tǒng)、微波通訊系統(tǒng)等。二次大戰(zhàn)聲納音鼓所使用的材料是若歇爾鹽而非石英晶體。雖然若歇爾鹽具有高機電耦合效率，可是卻較不穩(wěn)定，耐壓不高，很難在太高的功率下操作。在理論上，若歇爾鹽是第一個具有鐵電性(ferroelectricity)的材料，沿著晶軸方向具有一個自發(fā)極化性(spontaneouspolarization)。圖七表示沿X軸所測得偏極化量對溫度的關(guān)系。它具有兩個居里溫度(Curietemperature)，在居里溫度時偏極化量是零，在兩溫度之間則偏極化是最大。為了紀念在若歇爾市出生的塞格內(nèi)特(Seignette)博士，這種效應稱為塞格內(nèi)特鐵電效應，一般簡稱為鐵電效應，以表示它與鐵磁效應的相似性。在鐵電材料中，當溫度低于居里溫度時，材料內(nèi)部具有電雙極(dipole)。大部分氫鍵結(jié)合的電雙極，如若歇爾鹽，其雙極都具有規(guī)則性排列，且一般都只有一個居里溫度，可是若歇爾鹽則具有兩個居里溫度，這兩類的差異主要在于氫鍵終端負離子的不同。一般氫鍵晶體的電位井(potentialwell)分布如圖八所示，在兩氧離子之間氫離子可存在的位置有兩個，氫鍵電雙極值等于電荷和兩組離子分開距離差的乘積。外加一電場可使氫離子由一位置跳至另一位置，而使電雙極的方向改變。在高溫，則熱量的擾動使氫離子充滿兩個井的位置的機會相等，因此沒有自然偏極化存在。當溫度降低，則兩電雙極相吸而使雙極方向排列趨規(guī)則化。在居里溫度則兩電雙極互相抵消，但在居里溫度加一小外力就能引起大的偏極性。溫度低于居里溫度則自發(fā)偏極性產(chǎn)生。對于一般具有如圖八的電位井的氫鍵晶體，其偏極性可一直增加，直到飽和發(fā)生。可是對于若歇爾鹽，則偏極性在達到一極大值后就開始降低到零。其原因可用圖八的電位井分布圖說明，在很低溫下，所有氫離子完全分布在兩低能井中，沒有自發(fā)偏極性存在。溫度上升，有些氫離子得到熱能而躍至較高能階。溫度愈高，這種躍遷機會愈大，兩電雙極因互相吸引而產(chǎn)生一較低的居里溫度。圖九表示若歇爾鹽的X光繞射晶體結(jié)構(gòu)。造成鐵電效應的是標號1的氧分子與標號10的水分子所組成的氫鍵。對氫離子言，此二分子是端點上兩個不同的離子，因此形成如圖八所示的兩個不同名稱之電位井。以前若歇爾鹽一直是唯一為人所知的鐵電材料，可是現(xiàn)在我們知道，具有鐵電性的材料已超過百種。鐵電性材料因具有自發(fā)偏極性，且加電場能生感應偏極性，因此用它作換能器此一般壓電單晶如石英等具有更高的機電耦合效率及靈敏度，可是其穩(wěn)定性則略遜于壓晶體管。漸漸地，人們用鐵電陶磁來作換能器。最早被人使用的是鈦酸鋇（BaTiO3），它是麻省理工學院的馮希普爾（vonHippel）及蘇俄科學家伏耳（Vul）及戈曼（Goldman）所分別發(fā)現(xiàn)的。未被極化的陶磁，在域（domain,注五）中之偏極化方向不具規(guī)則性，整片陶磁就像一塊高介電常數(shù)的電容器，因為它只需很小的體積就有夠大的電容量，因此被用在電視機上。如在120r以上的溫度下加一高電壓，則一些域內(nèi)之電耦呈規(guī)則性排列，而有凈的偏極性存在，具壓電效應。我們可因外加交流電場的方向不同，而使產(chǎn)生縱波（電場平行于厚度方向）或橫波（電場垂直于厚度方向）?？v波可在水中行進，亦可在固體中產(chǎn)生高能量。橫波則因速度較慢，適合用來制作延遲線。目前最好的壓電陶磁要屬PZT（lead-zirconate-titanate）。最近兩種重要鐵電材料可用來制作聲波換能器，一是高分子薄膜，聚雙氟亞乙烯（polyvinylidenefluoride，簡稱PVF2或PVDF），一是氧化鋰鈮（lithiumniobate,LiNbO3）。聚雙氟亞乙烯經(jīng)拉伸及加高直流電壓后呈強壓電性，它具有許多優(yōu)點：其聲波特性阻抗和水很近，阻抗自然匹配，容易獲得寬帶操作，適合非破壞檢測、醫(yī)學診斷及聲納與水中聽音器（hydrophone）使用，尤其是它具有很高的聲波接收系數(shù)，用來制作被動式聲納（passivesonar）之水聽器數(shù)組（hydrophoneassay）具有重要性。除外，它具柔軟性，又可耐高電壓（其崩潰電壓比PZT高約100倍）。氧化鋰鈮單晶具有高機電耦合及極低的聲波衰減系數(shù)，容易激發(fā)高頻表面聲波（Rayleighwave），是用來制作表面聲波（surfaceacousticwave,簡稱SAW）組件的最佳材料。這些組件在訊號處理系統(tǒng)與通信系統(tǒng)上具有不可取代的地位。圖十一表示使用氧化鋰鈮表面波通頻濾波器。用一組正負電壓相間的交趾狀換能器產(chǎn)生表面聲波（所謂的interdigitaltransducer,或簡稱IDT），所激發(fā)聲波之中心頻率由正負電極間之距離決定，其頻寬則與電極數(shù)目成反比。圖十二表示另一表面聲波脈波伸張與壓縮濾波器，它可用在CHIRP雷達系統(tǒng)中，以提高搜索范圍與解像力。另一項重要且獨特的研究，是在所謂的聲學顯微上，這種微波頻率的組件使用電濺（sputtered）的壓電薄膜作為聲波換能器，以振動產(chǎn)生幾個GHz（1GHz=109周/秒）聲波，其對應波長約為一微米（10-6米）。因為換能器振動頻率和壓晶體管厚度成反比，要產(chǎn)生如此高頻率聲波需用薄膜壓電材料，如氧化鋅或硫化鎘等。時值壓電效應發(fā)現(xiàn)的一百周年，特參考馬遜（W.P.Mason）之作撰寫本文，簡介壓電性之歷史及其應用。早期壓電效應僅止于學術(shù)上的趣味性研究，而如今則已成為非常有用的效應，用它制出各式各樣的聲電換能器，其操作頻譜可由100Hz起涵蓋至幾個GHz，依頻率的不同而有不同的用途。聲納、反潛、海底通訊、電話通訊等是低頻（聲頻、AF波段）訊號最典型的應用。在幾個MHz范圍，其波長在毫米范圍，適合用來作非破壞性的檢驗材料（nondestructivetesting,簡稱NDT）與醫(yī)學診斷上，所謂超聲波成像術(shù)、全像攝影術(shù)、計算機輔助聲波斷層攝影術(shù)等就是針對這些用途而研究的。頻率在VHF、UHF波段則使用壓電性所研制出來的表面聲波電子組件。如延遲線、各式濾波器、回旋器（convolver）、相關(guān)器（correlator）等訊號處理組件，在通訊上與訊號處理上具有重要的應用。當頻率高至低微波波段，其對應波長在微米范圍，用來制作聲學顯微鏡，其解像力可和傳統(tǒng)的光學顯微鏡比美，而其機械波而非電磁波的獨特性質(zhì)，則可彌補光學顯微鏡在應用上的不足。注一：對某些材料施一壓力或拉力，則除了材料外形有所變化外（所謂的應變)，由于此類材料之晶格結(jié)構(gòu)具有某種不對稱性(所謂的inversionasymmetry),外形的變形使內(nèi)部電子分布呈局部性不均勻而產(chǎn)生一凈的電場分布。反之，外加一周期性電壓或電場變化，則能使材料產(chǎn)生變形，及一對應的應力，形狀變化隨外加電壓訊號之頻率而變，可產(chǎn)生一周期性彈性波或聲波，這種效應稱為壓電效應，這些材料即稱為壓電材料。注二：在一些鐵電材料中，當其溫度有所變化時，則會引起其自發(fā)偏極矩的變化，而在材料表面呈凈電荷分布，這種效應即稱為焦電效應。利用這種效應，可檢知溫度變化或測量所謂的熱波(thermalwave)。注三：振蕩器Q值(qualityfactor)的定義是每單位周期振蕩波所損耗的功率，有時我們用。=中心頻率/頻寬表示。頻寬愈窄的振蕩器，Q值愈高，如石英振蕩器就是一例。注四：介入損耗表示一電子組件或組件的總損耗量，即輸出訊號和輸入訊號相比之差額，一般以分貝(dB)表示。注五：在鐵磁材料中，當溫度遠低于居里點時，以微觀觀點來看，所有電子的磁矩應完全以同一方向排列，其實不然。實際上此種材料內(nèi)部分成許多小區(qū)域，在每一區(qū)域內(nèi)磁矩呈規(guī)則性排列，可是小區(qū)域與小區(qū)域間之磁矩排列方向則不盡相同，以致于整個材料之磁矩遠小于其飽和磁矩。這些小區(qū)域簡稱為域或疇，在反鐵磁材料、鐵電材料、反鐵電材料、鐵彈性材料(ferroelastics)、超導體材料中亦都有域存在。巧用打火機演示壓電效應壓電效應是某些介質(zhì)在力的作用下產(chǎn)生形變時，在介質(zhì)表面出現(xiàn)異種電荷的現(xiàn)象。實驗表明，這種束縛電荷的電量與作用力成正比，而電量越多，相對應的兩表面電勢差（電壓）也越大。這種神奇的效應已被應用到與人們生產(chǎn)、生活、軍事、科技密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實現(xiàn)力一一電轉(zhuǎn)換等功能。例如用壓電陶瓷將外力轉(zhuǎn)換成電能的特性，可以生產(chǎn)出不用火石的壓電打火機、煤氣灶打火開關(guān)、炮彈觸發(fā)引信等。此外，壓電陶瓷還可以作為敏感材料，應用于擴音器、電唱頭等電聲器件；用于壓電地震儀，可以對人類不能感知的細微振動進行監(jiān)測，并精確測出震源方位和強度，從而預測地震，減少損失。利用壓電效應制作的壓電驅(qū)動器具有精確控制的功能，是精密機械、微電子和生物工程等領(lǐng)域的重要器件?？梢哉f，壓電陶瓷等器件不僅廣泛應用于科技領(lǐng)域，還頗具“平民性”，對廣大“煙民”來說，天天與壓電陶瓷發(fā)生著“零接觸”，卻熟視無睹其存在。目前流行的一次性塑料打火機，有相當一部分是采用壓電陶瓷器件來打火的。取出其中的壓電打火元件，其外形如圖1所示。一、測量儀器及附件選擇壓電打火機的電壓陶瓷元件產(chǎn)生的瞬間電壓用什么儀器可以測量呢？起初，我們試圖用普通指針式多用電表直流高壓擋測量，發(fā)現(xiàn)每次按動點火元件的黑色塑料壓桿時，由于兩個電極接出的電壓只能使指針略微抖動一下。分析原因是，因為電壓脈沖持續(xù)時間甚短，指針慣性較大，指針無法同步體現(xiàn)電壓的變化做大幅偏轉(zhuǎn)。換用數(shù)字顯示型多用電表，本以為其無指針慣性影響，應該能讀出瞬間高電壓來，誰知事與愿違，我們根本看不到預想的高電壓讀數(shù)，只能看到一些變換不定的低電壓數(shù)據(jù)。分析起來，這是由于液晶顯示響應速度較慢，點火電壓脈沖持續(xù)時間甚短，來不及顯示最高瞬間電壓，只能顯示電壓降落（較平緩階段）過程中的某些隨機電壓讀數(shù)。最后，我們搬出實驗室的“重磅武器”一一示波器，再做一試。我們用的是實驗室最普通的J2459型學生示波器，連接線為兩條普通的帶終魚夾的導線。從理論上講，示波器是利用電子束偏轉(zhuǎn)后打在熒光屏上顯示光點移動的，電子束慣性極小，應該能“跟蹤”上點火高壓脈沖的變化，實驗結(jié)果不出所料。二、電壓幅值的估測方法把示波器交直流選擇開關(guān)置于“DC”擋，掃描范圍置于“10?100kHz”擋，用X移位和Y移位將水平亮線移到方格坐標的中央部，置X軸上。為了能估測壓電效應的最高電壓幅值，我們必須先用熒光屏前的方格坐標系，定出電壓標尺：利用接在示波器Y輸入接線柱上的兩根導線，把一節(jié)干電池的1.5V電壓加在示波器上，衰減放在1，Y增益放在最低，可以發(fā)現(xiàn)剛才的水平亮線上跳（或下跳）兩格左右，即此時兩格代表1.5V電壓。在Y增益不變的情況下，再將Y衰減放在1000（即千分之一）擋，熒光屏前方格坐標的兩格就可以代表1500V了。將Y輸入接線柱上的兩根饋線的鱷魚夾分別接在壓電打火機壓電元件的兩個電極上，迅速按下其黑色塑料壓桿，可以看到原來位于中央高度的水平亮線向上（或向下）跳動又恢復原位。由于熒光屏的余暉作用，水平亮線在示波器上顯現(xiàn)的是一條高度達四格的亮帶，這表明該脈沖的電壓幅值在3000V以上。如果想觀察這個電壓脈沖的波形，可以每次按動壓桿的同時，細心調(diào)節(jié)示波器“掃描微調(diào)”旋鈕（事先將掃描范圍換到“10?100Hz”擋），我們可以在熒光屏上看到如圖2所示的波形，其電壓上升較陡，降低較平緩，峰值在四格以上。三、脈沖持續(xù)時間的估測將示波器的衰減擋置于1000擋，掃描范圍置于“10?100Hz”擋，“掃描微調(diào)”左旋到底，即掃描頻率為10Hz，調(diào)節(jié)“X增益”和“X移位”旋鈕，使X軸掃描線充滿10格，那么每一格代表1/10X1/10S，即0.01按下壓電元件的黑色塑料壓桿，可以看到壓電脈沖持續(xù)一格，如圖3所示，即對應于0.01s，也就是說，該脈沖持續(xù)時間約為0.01s。壓電晶體有一類十分有趣的晶體，當你對它擠壓或拉伸時，它的兩端就會產(chǎn)生不同的電荷。這種效應被稱為壓電效應。能產(chǎn)生壓電效應的晶體就叫壓電晶體。水晶（a-石英）是一種有名的壓電晶體。如果按一定方向?qū)λЬw上切下的薄片施加壓力，那么在此薄片上將會產(chǎn)生電荷。如果按相反方向拉伸這一薄片，在此薄片上也會出現(xiàn)電荷，不過符號相反。擠壓或拉伸的力愈大，晶體上的電荷也會愈多。如果在薄片的兩端鍍上電極，并通以交流電，那么薄片將會作周期性的伸長或縮短，即開始振動。這種逆壓電效應在科學技術(shù)中已得到了廣泛的應用。用水晶可以制作壓電石英薄片，其面積不過數(shù)平方毫米，厚度則只有零點幾毫米。別小看這小小的晶片，它在無線電技術(shù)中卻發(fā)揮著巨大作用。如前所述，在交變電場中，這種薄片的振動頻率絲毫不變。這種穩(wěn)定不變的振動正是無線電技術(shù)中控制頻率所必須的，你家中的彩色電視機等許多電器設備中都有用壓電晶片制作的濾波器，保證了圖像和聲音的清晰度。你手上戴的石英電子表中有一個核心部件叫石英振子。就是這個關(guān)鍵部件保證了石英表比其他機械表更高的走時準確度。裝有壓電晶體元件的儀器使技術(shù)人員研究蒸汽機、內(nèi)燃機及各種化工設備中壓力的變化成為現(xiàn)實。利用壓電晶體甚至可以測量管道中流體的壓力、大炮炮筒在發(fā)射炮彈時承受的壓力以及炸彈爆炸時的瞬時壓力等。壓電晶體還廣泛應用于聲音的再現(xiàn)、記錄和傳送。安裝在麥克風上的壓電晶片會把聲音的振動轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯淖兓?。聲波一碰到壓電薄片，就會使薄片兩端電極上產(chǎn)生電荷，其大小和符號隨著聲音的變化而變化。這種壓電晶片上電荷的變化，再通過電子裝置，可以變成無線電波傳到遙遠的地方。這些無線電波為收音機所接收，并通過安放在收音機喇叭上的壓電晶體薄片的振動，又變成聲音回蕩在空中。是不是可以這樣說，麥克風中的壓電晶片能“聽得見”聲音，而揚聲器上的壓電晶體薄片則會“說話”或“唱歌”。壓電高分子piezoelectricpolymer壓電現(xiàn)象是由于應力作用于材料，在材料表面誘導產(chǎn)生電荷的過程，一般這一過程是可逆的，即當材料受到電參數(shù)作用，材料也會產(chǎn)生形變能。木材纖維素、腱膠原和各種聚氨基酸都是常見的高分子壓電性材料，但是其壓電率太低，而沒有使用價值。在有機高分子材料中聚偏氟乙烯等類化合物具有較強的壓電性質(zhì)。壓電率的大小取決于分子中含有的偶極子的排列方向是否一致。除了含有具有較大偶極矩的C-F鍵的聚偏氟乙烯化合物外，許多含有其他強極性鍵的聚合物也表現(xiàn)出壓電特性。如亞乙烯基二氰與乙酸乙烯酯、異丁烯、甲基丙烯酸甲酯、苯甲酸乙烯酯等的共聚物，均表現(xiàn)出較強的壓電特性。而且高溫穩(wěn)定性較好。主要作為換能材料使用，如音響元件和控制位移元件的制備。前者比較常見的例子是超聲波診斷儀的探頭、聲納、耳機、麥克風、電話、血壓計等裝置中的換能部件。將兩枚壓電薄膜貼合在一起，分別施加相反的電壓，薄膜將發(fā)生彎曲而構(gòu)成位移控制元件。利用這一原理可以制成光學纖維對準器件、自動開閉的簾幕、唱機和錄像機的對準件。壓電陶瓷——信息時代的新型材料什么是壓電陶瓷呢?其實它是一能夠?qū)C械能和電能互相