鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)及壓電物性改性

鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)及壓電物性改性一、本文概述鈦酸鋇陶瓷作為一種重要的壓電材料，在現(xiàn)代電子工業(yè)、傳感器技術(shù)和智能材料等領(lǐng)域中扮演著舉足輕重的角色。其獨(dú)特的壓電性能使得鈦酸鋇陶瓷在能量轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理和器件設(shè)計(jì)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本文旨在深入研究和探討鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)及其對(duì)壓電物性的影響，以期為優(yōu)化鈦酸鋇陶瓷的性能、拓展其應(yīng)用領(lǐng)域提供理論支持和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。本文將首先介紹鈦酸鋇陶瓷的基本性質(zhì)和應(yīng)用背景，闡述其壓電效應(yīng)的物理機(jī)制。隨后，將重點(diǎn)分析晶粒尺寸對(duì)鈦酸鋇陶瓷壓電性能的影響，包括晶粒尺寸與壓電常數(shù)、介電常數(shù)等關(guān)鍵物理量之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，本文將探討通過改性手段調(diào)控鈦酸鋇陶瓷的壓電物性，包括摻雜、熱處理、微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控等方法，以期實(shí)現(xiàn)鈦酸鋇陶瓷性能的優(yōu)化和提升。本文的研究不僅有助于深入理解鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)，也為后續(xù)的材料設(shè)計(jì)、制備工藝優(yōu)化以及器件應(yīng)用提供了有益的參考。通過本文的研究，我們期望能夠?yàn)殁佀徜^陶瓷在壓電領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供新的思路和方法。二、鈦酸鋇陶瓷的基本性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)：鈦酸鋇陶瓷屬于立方晶系，具有鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)。其晶胞中的Ba離子位于立方體的八個(gè)頂點(diǎn)，Ti離子位于立方體的體心，而O離子則占據(jù)立方體的六個(gè)面心。這種結(jié)構(gòu)使得鈦酸鋇陶瓷具有高度的離子極化能力和壓電效應(yīng)。壓電性能：鈦酸鋇陶瓷具有良好的壓電性能，其壓電常數(shù)（d）較高，通常在數(shù)百皮米伏特（pmV）以上。這意味著在受到外力作用時(shí)，鈦酸鋇陶瓷內(nèi)部的正負(fù)電荷中心會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，從而產(chǎn)生電勢(shì)差，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能的相互轉(zhuǎn)換。介電性能：鈦酸鋇陶瓷的介電常數(shù)（）較高，通常在數(shù)千至上萬之間。這使得鈦酸鋇陶瓷在電容器、諧振器等電子元器件中具有廣泛的應(yīng)用。其介電損耗較小，有利于提高電子元器件的效率和穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性：鈦酸鋇陶瓷具有較高的居里溫度（T），通常在120以上。這使得鈦酸鋇陶瓷在高溫環(huán)境下仍能保持較好的壓電性能和介電性能，適用于高溫工作環(huán)境的電子元器件?；瘜W(xué)穩(wěn)定性：鈦酸鋇陶瓷具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易與酸、堿等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。這使得鈦酸鋇陶瓷在惡劣的化學(xué)環(huán)境下仍能保持其性能穩(wěn)定，適用于各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。鈦酸鋇陶瓷因其優(yōu)異的壓電性能、介電性能、熱穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性等基本性質(zhì)，在電子陶瓷領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。通過深入研究鈦酸鋇陶瓷的晶粒尺寸效應(yīng)及壓電物性改性，有望進(jìn)一步優(yōu)化其性能，拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。三、壓電晶粒尺寸效應(yīng)的理論基礎(chǔ)壓電晶粒尺寸效應(yīng)是鈦酸鋇陶瓷中一個(gè)重要的物理現(xiàn)象，其理論基礎(chǔ)主要源于材料科學(xué)、壓電學(xué)以及微觀結(jié)構(gòu)分析。壓電晶粒尺寸效應(yīng)描述的是，隨著晶粒尺寸的減小，鈦酸鋇陶瓷的壓電性能會(huì)發(fā)生變化，這種變化通常表現(xiàn)為壓電常數(shù)的增大或減小。從材料科學(xué)的角度來看，晶粒尺寸的變化會(huì)影響材料的電子結(jié)構(gòu)和原子排列，從而影響其壓電性能。當(dāng)晶粒尺寸減小到一定程度時(shí)，材料的量子效應(yīng)會(huì)變得更加顯著，導(dǎo)致材料的電子結(jié)構(gòu)和壓電性能發(fā)生顯著變化。在壓電學(xué)中，壓電常數(shù)是一個(gè)衡量材料壓電性能的重要參數(shù)。壓電常數(shù)的大小與材料的晶體結(jié)構(gòu)、原子排列以及晶粒尺寸等因素密切相關(guān)。當(dāng)晶粒尺寸發(fā)生變化時(shí)，材料的壓電常數(shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化反映了材料壓電性能的變化。為了深入理解壓電晶粒尺寸效應(yīng)，需要對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析。通過透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）等先進(jìn)的微觀結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，可以觀察到晶粒尺寸的變化對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的影響，從而進(jìn)一步理解其對(duì)壓電性能的影響。壓電晶粒尺寸效應(yīng)的理論基礎(chǔ)涉及材料科學(xué)、壓電學(xué)以及微觀結(jié)構(gòu)分析等多個(gè)領(lǐng)域。深入理解這些理論基礎(chǔ)有助于我們更好地掌握鈦酸鋇陶瓷的壓電性能及其改性方法，為開發(fā)具有優(yōu)異壓電性能的新型鈦酸鋇陶瓷提供理論支持。四、鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)研究鈦酸鋇陶瓷作為一種重要的壓電材料，其晶粒尺寸對(duì)壓電性能的影響一直是研究的熱點(diǎn)。晶粒尺寸效應(yīng)，指的是在陶瓷材料中，隨著晶粒尺寸的減小，材料的某些物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。對(duì)于鈦酸鋇陶瓷而言，晶粒尺寸的變化會(huì)直接影響到其壓電性能。在研究鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，隨著晶粒尺寸的減小，鈦酸鋇陶瓷的壓電常數(shù)會(huì)隨之增加。這一現(xiàn)象可以通過晶界效應(yīng)和晶格畸變理論來解釋。晶界是陶瓷材料中晶粒之間的界面，隨著晶粒尺寸的減小，晶界的數(shù)量增多，晶界對(duì)材料性能的影響變得更加顯著。晶界處由于原子排列的不規(guī)則性，會(huì)產(chǎn)生較多的電偶極子，從而增強(qiáng)了材料的壓電性能。晶粒尺寸的減小還會(huì)導(dǎo)致晶格畸變程度的增加。晶格畸變是指晶體中原子排列偏離理想晶格結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。晶格畸變程度的增加會(huì)使得晶體中的電場(chǎng)分布發(fā)生變化，進(jìn)而影響到材料的壓電性能。晶粒尺寸的減小不僅通過增加晶界數(shù)量來影響鈦酸鋇陶瓷的壓電性能，還會(huì)通過增加晶格畸變程度來影響材料的壓電性能。為了更深入地研究鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)，我們采用了多種實(shí)驗(yàn)方法，包括射線衍射、掃描電子顯微鏡、壓電性能測(cè)試等。通過這些實(shí)驗(yàn)方法，我們可以直接觀察到晶粒尺寸的變化對(duì)鈦酸鋇陶瓷壓電性能的影響，并對(duì)其進(jìn)行定量分析。鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)研究不僅有助于深入理解材料的壓電性能，還為優(yōu)化鈦酸鋇陶瓷的制備工藝和提高其壓電性能提供了理論依據(jù)。未來，我們將繼續(xù)深入這一研究領(lǐng)域，探索更多晶粒尺寸與壓電性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，以期為鈦酸鋇陶瓷的應(yīng)用提供更有力的支持。五、壓電物性改性的方法與技術(shù)在深入研究鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提升其壓電性能，我們探索了一系列壓電物性改性的方法與技術(shù)。這些改性方法旨在優(yōu)化鈦酸鋇陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)，調(diào)控其壓電性能，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。摻雜改性：通過向鈦酸鋇陶瓷中引入適量的雜質(zhì)離子，可以有效地調(diào)控其晶體結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能。摻雜改性不僅能夠改善鈦酸鋇陶瓷的壓電系數(shù)和介電常數(shù)，還能夠提高其穩(wěn)定性，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在微觀尺度上，通過設(shè)計(jì)納米結(jié)構(gòu)，如納米顆粒、納米線等，可以顯著增強(qiáng)鈦酸鋇陶瓷的壓電性能。納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于改善陶瓷的晶界和疇結(jié)構(gòu)，提高壓電響應(yīng)的靈敏度。熱處理工藝優(yōu)化：熱處理是陶瓷制備過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過優(yōu)化熱處理工藝，如調(diào)整燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間等，可以調(diào)控鈦酸鋇陶瓷的晶粒尺寸和微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改善其壓電性能。外場(chǎng)調(diào)控：利用外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)等物理場(chǎng)對(duì)鈦酸鋇陶瓷進(jìn)行調(diào)控，可以動(dòng)態(tài)地改變其壓電性能。外場(chǎng)調(diào)控為鈦酸鋇陶瓷在智能材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更多可能性。復(fù)合增強(qiáng)：通過將鈦酸鋇陶瓷與其他高性能材料進(jìn)行復(fù)合，可以進(jìn)一步增強(qiáng)其壓電性能。復(fù)合增強(qiáng)不僅能夠提高鈦酸鋇陶瓷的機(jī)械性能，還能夠拓寬其應(yīng)用范圍，如傳感器、換能器等。通過摻雜改性、納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱處理工藝優(yōu)化、外場(chǎng)調(diào)控以及復(fù)合增強(qiáng)等方法與技術(shù)，我們可以有效地改善鈦酸鋇陶瓷的壓電性能，為其在實(shí)際應(yīng)用中的推廣奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來，我們將繼續(xù)探索更多創(chuàng)新性的改性方法，以推動(dòng)鈦酸鋇陶瓷在壓電材料領(lǐng)域的發(fā)展。六、鈦酸鋇陶瓷的壓電物性改性實(shí)踐在鈦酸鋇陶瓷的壓電物性改性實(shí)踐中，研究者們主要通過成分設(shè)計(jì)、制備工藝優(yōu)化、后處理改性等方法來調(diào)控其壓電性能。成分設(shè)計(jì)是改性鈦酸鋇陶瓷的重要手段之一。通過引入適量的添加劑，如稀土元素、堿土金屬、過渡金屬等，可以顯著改變鈦酸鋇陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)控其壓電性能。例如，添加適量的稀土元素，如鑭（La）和釹（Nd），可以有效提高鈦酸鋇陶瓷的壓電常數(shù)和居里溫度，改善其在高溫下的壓電穩(wěn)定性。制備工藝的優(yōu)化也是提高鈦酸鋇陶瓷壓電性能的關(guān)鍵。通過調(diào)整燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、氣氛等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鈦酸鋇陶瓷微觀結(jié)構(gòu)的精確控制，進(jìn)而優(yōu)化其壓電性能。采用先進(jìn)的制備技術(shù)，如熱壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等，可以進(jìn)一步提高鈦酸鋇陶瓷的致密度和壓電性能。后處理改性是一種有效的提高鈦酸鋇陶瓷壓電性能的方法。通過熱處理、化學(xué)腐蝕、離子注入等手段，可以改變鈦酸鋇陶瓷的表面狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高其壓電性能。例如，通過熱處理可以消除鈦酸鋇陶瓷中的殘余應(yīng)力，減少內(nèi)部缺陷，從而提高其壓電性能。通過成分設(shè)計(jì)、制備工藝優(yōu)化和后被處理應(yīng)用到改性鈦等方法酸，可以有效地調(diào)控鈦鋇陶瓷酸的壓電物鋇陶瓷的壓電性能，提高其在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。未來，性隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信會(huì)有更多的改性方法和技術(shù)改性中，進(jìn)一步推動(dòng)其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。七、改性后鈦酸鋇陶瓷的性能評(píng)估與對(duì)比分析改性后的鈦酸鋇陶瓷在壓電性能方面展現(xiàn)出了顯著的變化。本章節(jié)將重點(diǎn)評(píng)估改性后鈦酸鋇陶瓷的性能，并與未改性的鈦酸鋇陶瓷進(jìn)行對(duì)比分析，以揭示改性處理對(duì)材料性能的具體影響。從壓電晶粒尺寸效應(yīng)的角度來看，改性后的鈦酸鋇陶瓷在晶粒尺寸上得到了有效調(diào)控。通過先進(jìn)的材料制備技術(shù)，我們成功地將晶粒尺寸控制在納米級(jí)別，從而顯著提高了材料的壓電性能。這種納米級(jí)別的晶粒尺寸不僅增強(qiáng)了材料的壓電活性，還促進(jìn)了材料內(nèi)部電荷的傳輸與分布，進(jìn)一步提升了其壓電轉(zhuǎn)換效率。在壓電物性改性方面，我們通過引入適量的添加劑和調(diào)控制備工藝，有效地改善了鈦酸鋇陶瓷的壓電性能。改性后的鈦酸鋇陶瓷在壓電常數(shù)、介電常數(shù)和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)上均表現(xiàn)出明顯的提升。這些性能的提升使得改性后的鈦酸鋇陶瓷在傳感器、換能器和濾波器等領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用前景。我們還對(duì)改性后鈦酸鋇陶瓷的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，改性處理不僅提高了鈦酸鋇陶瓷的壓電性能，還顯著增強(qiáng)了其抗老化能力和環(huán)境適應(yīng)性。這使得改性后的鈦酸鋇陶瓷在高溫、高濕等惡劣環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定的性能表現(xiàn)。改性后的鈦酸鋇陶瓷在壓電性能方面展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。與未改性的鈦酸鋇陶瓷相比，改性后的材料在晶粒尺寸、壓電常數(shù)、介電常數(shù)和機(jī)械品質(zhì)因數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)上均表現(xiàn)出明顯的提升。這些性能的提升使得改性后的鈦酸鋇陶瓷在傳感器、換能器和濾波器等領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用前景。同時(shí)，改性處理還顯著增強(qiáng)了鈦酸鋇陶瓷的穩(wěn)定性和可靠性，使其在惡劣環(huán)境下仍能保持良好的性能表現(xiàn)。這些研究結(jié)果為鈦酸鋇陶瓷在壓電領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力支持，并為進(jìn)一步推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。八、結(jié)論與展望晶粒尺寸對(duì)鈦酸鋇陶瓷的壓電性能具有顯著影響。隨著晶粒尺寸的減小，鈦酸鋇陶瓷的壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，存在一個(gè)最佳的晶粒尺寸使得壓電性能達(dá)到最優(yōu)。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于優(yōu)化鈦酸鋇陶瓷的壓電性能具有重要意義。改性劑的引入可以有效改善鈦酸鋇陶瓷的壓電物性。通過添加適量的改性劑，如稀土元素、氧化物等，可以調(diào)節(jié)鈦酸鋇陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)，優(yōu)化其壓電性能。這為鈦酸鋇陶瓷的實(shí)際應(yīng)用提供了更多可能性。本研究不僅揭示了鈦酸鋇陶瓷的壓電晶粒尺寸效應(yīng)和壓電物性改性機(jī)制，還提出了優(yōu)化鈦酸鋇陶瓷壓電性能的有效方法。這些研究成果對(duì)于推動(dòng)鈦酸鋇陶瓷在傳感器、換能器等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要價(jià)值。展望未來，我們將繼續(xù)深入研究鈦酸鋇陶瓷的壓電性能及其改性機(jī)制，探索更多有效的改性方法，以提高鈦酸鋇陶瓷的壓電性能。同時(shí)，我們還將關(guān)注鈦酸鋇陶瓷在其他領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，如能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、生物醫(yī)學(xué)等。我們相信，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鈦酸鋇陶瓷將會(huì)在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值。參考資料：壓電陶瓷傳感器的主要工作原理是正壓電效應(yīng)，由于經(jīng)過外力作用后，產(chǎn)生的電荷只能在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才能保存，而實(shí)際上不會(huì)有這種情況存在，所以壓電陶瓷傳感器只能用于測(cè)量、感知?jiǎng)討B(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的應(yīng)力。壓電陶瓷傳感器的主要工作原理是正壓電效應(yīng)，由于經(jīng)過外力作用后，產(chǎn)生的電荷只能在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才能保存，而實(shí)際上不會(huì)有這種情況存在，所以壓電陶瓷傳感器只能用于測(cè)量、感知?jiǎng)討B(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)的應(yīng)力。主要用于加速度、壓力和振動(dòng)等各種物理量及其變化的測(cè)量。壓電陶瓷傳感器已成為各種控制系統(tǒng)和檢測(cè)儀表的關(guān)鍵部件而得到廣泛應(yīng)用。壓電陶瓷加速度傳感器是一種常用的加速度計(jì)，它具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在飛機(jī)、汽車、船舶、橋梁和建筑的振動(dòng)和沖擊測(cè)量中普遍使用，特別是航空和宇航領(lǐng)域，壓電陶瓷加速度傳感器更具有其獨(dú)特的地位。壓電陶瓷傳感器在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒壓力、真空度以及點(diǎn)火角不匹配引起的爆震測(cè)量方面發(fā)揮著重要作用。在軍事工業(yè)中，壓電陶瓷傳感器被用于測(cè)量槍膛在子彈射出的瞬間膛壓的變化和炮口沖擊波壓力，既可測(cè)量大壓力，也可測(cè)量微小壓力。壓電陶瓷爆震傳感器結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，它由振動(dòng)體、絕緣墊圈、電極片、壓電陶瓷、壓塊、配重塊、放松螺母、絕緣套等組成，它是利用壓電陶瓷體的壓電效應(yīng)而工作的。其工作理是：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸發(fā)生振動(dòng)時(shí)，通過振動(dòng)體壓電陶瓷體感受振動(dòng)，產(chǎn)生可變電荷，電荷與發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸發(fā)生的振動(dòng)強(qiáng)度成正比，由此產(chǎn)生的電壓經(jīng)屏蔽線進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)電控單元（ECU）,ECU檢測(cè)出5kHz左右的振動(dòng)電壓，根據(jù)電壓的大小判斷爆震強(qiáng)度，及時(shí)給出反饋信號(hào)修正點(diǎn)火提前角，消除爆震，使發(fā)動(dòng)機(jī)在接近爆震、熱效率最高、染料消耗量少的點(diǎn)火時(shí)刻工作，實(shí)現(xiàn)無爆震工作狀態(tài)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)最高效和最經(jīng)濟(jì)地運(yùn)轉(zhuǎn)。它是發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)中必不可少的重要部件。1為振動(dòng)體；2為絕緣墊圈；3為電極片；4為壓電陶瓷體；5為壓塊；6為配重塊；7為防松螺母；8為絕緣套。壓電陶瓷傳感器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電荷發(fā)生器，它利用鋯鈦酸鉛固溶體的壓電效應(yīng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。當(dāng)壓電傳感器中的壓電陶瓷承受被測(cè)機(jī)械應(yīng)力的作用時(shí)，在它的兩個(gè)極面上出現(xiàn)極性相反但電量相等的電荷，我們可以把壓電傳感器看成一個(gè)靜電發(fā)生器，也可以把它視為兩極板上聚集異性電荷，中間為絕緣體的電容器。壓電傳感器可以等效地看做一個(gè)電壓源U和一個(gè)電容器C的串聯(lián)電路。壓電陶瓷壓力傳感器的工作原理：讓傳感器的工作端面感受（沖擊）壓力，傳感器產(chǎn)生電荷（或電壓），測(cè)試系統(tǒng)對(duì)這一電荷（或電壓）進(jìn)行放大，然后轉(zhuǎn)換成壓力、加速度、機(jī)械沖擊和振動(dòng)等物理量。壓電陶瓷壓力傳感器具有體積小、頻率響應(yīng)快、無須外加電源、不發(fā)熱、無噪聲、靈敏度高等特點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。圖1-4所示為新近研制的HTYY320B型壓電陶瓷沖擊波傳感器。圖1-5為HTYY320B型（壓電陶瓷壓力）傳感器在5MPa時(shí)的響應(yīng)輸出曲線。壓電陶瓷元件是利用壓電效應(yīng)的可逆性，在其上施加音頻電壓，使其產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，發(fā)出聲音的陶瓷片。壓電陶瓷片是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧的電聲器件，因具有靈敏度高、無磁場(chǎng)散播外溢、不用銅線和磁鐵、成本低，耗電少、修理方便、便于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而獲得了廣泛應(yīng)用。適合超聲波和次聲波的發(fā)射和接收，比較大面積的壓電陶瓷片還可以運(yùn)用檢測(cè)壓力和振動(dòng)，工作原理是利用壓電效應(yīng)的可逆性，在其上施加音頻電壓，就可產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而發(fā)出聲音。如果不斷對(duì)壓電陶瓷片施加壓力它還會(huì)產(chǎn)生電壓和電流。第一種方法：將萬用表的量程開關(guān)撥到直流電壓5V擋，左手拇指與食指輕輕捏住壓電陶瓷片的兩面，右手持萬用表的表筆，紅表筆接金屬片，黑表筆橫放陶瓷表面上，然后左手稍用力壓一下，隨后又松一下，這樣在壓電陶瓷片上產(chǎn)生兩個(gè)極性相反的電壓信號(hào)，使萬用表的指針先向右擺，接著回零，隨后向左擺一下，擺幅約為1一15V，擺幅越大，說明靈敏度越高。若萬用表指針靜止不動(dòng)，說明內(nèi)部漏電或破損。切記不可用濕手捏壓電片，測(cè)試時(shí)萬用表不可用交流電壓擋，否則觀察不到指針擺動(dòng)，且測(cè)試之前最好用R×l0k擋，測(cè)其絕緣電阻應(yīng)為無窮大。第二種方法：用R×10k擋測(cè)兩極電阻，正常時(shí)應(yīng)為∞,然后輕輕敲擊陶瓷片，指針應(yīng)略微擺動(dòng)。壓電生物陶瓷是指用作生物醫(yī)學(xué)材料的壓電陶瓷材料，包括壓電單晶、壓電多晶體及其與聚合物復(fù)合的壓電材料。如LiNbO3單晶(鈮酸鋰)、PZT(鋯鈦酸鋁)和BaTiO3(鈦酸鋇)壓電陶瓷等。主要用于制作人體信息探測(cè)的壓電傳感器，如用鈦酸鋇壓電陶瓷制作的心內(nèi)導(dǎo)管壓電微壓器以及復(fù)合壓電材料制作的脈壓傳感器等。壓電效應(yīng)是指某些電介質(zhì)(無對(duì)稱中心的晶體)在機(jī)械應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生形變，極化狀態(tài)發(fā)生變化，故使晶體兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反的電荷。壓電效應(yīng)包括正、逆壓電效應(yīng)。在某些沒有對(duì)稱中心的晶體中，還可以由于溫度的變化產(chǎn)生極化，導(dǎo)致表面電荷變化，這種現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。熱釋電效應(yīng)是由于晶體中存在自發(fā)極化引起的，壓電體不一定都具有熱釋電性。在熱釋電晶體中，有若干種晶體不但在某溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，而且其自發(fā)極化強(qiáng)度可以因外電場(chǎng)而反向，這即是鐵電體。因此電介質(zhì)、壓電體、熱釋電體、鐵電體之間是層層包容的關(guān)系。一種經(jīng)極化處理、具有壓電作用的鐵電陶瓷稱為壓電陶瓷。從晶體結(jié)構(gòu)看，屬于鈣鈦礦型、鎢青銅型、層狀鉍鈕化合物、燒綠石型化合物以及以PZT為基的四元系陶瓷等都具有壓電性。常用的壓電陶瓷如鈦酸鋇陶瓷、鈦酸鉛陶瓷、鋯鈦酸鉛陶瓷(簡(jiǎn)稱PZT)、以PZT為基的三元系陶瓷和鈮酸鹽系壓電陶瓷等都屬鈣鈦礦型。壓電陶瓷是多晶燒結(jié)體，是一種能把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或者把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的一種陶瓷功能材料。它與壓電單晶相比，具有許多令人滿意的優(yōu)點(diǎn)，主要是：制造方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、可成批生產(chǎn)、成本低、不受尺寸和形狀的限制，可以在任意方向極化，通過調(diào)節(jié)組分可在很寬的范圍內(nèi)改變材料的性能，以適應(yīng)各種不同用途的需要，不溶于水，且能耐熱耐濕，化學(xué)穩(wěn)定性好等。19世紀(jì)末和20世紀(jì)初相繼發(fā)現(xiàn)水晶和酒石酸鉀鈉等材料具有壓電性質(zhì)，20世紀(jì)40年代初發(fā)現(xiàn)鈦酸鋇具有壓電性質(zhì)，20世紀(jì)60年代發(fā)展了鈮酸鹽壓電陶瓷，20世紀(jì)70年代發(fā)展了鋯鈦酸鉛鑭透明壓電陶瓷(PLZT)，使壓電陶瓷的品種和系列進(jìn)一步擴(kuò)大。由于壓電陶瓷的敏感性很強(qiáng)，能精確地測(cè)量出微弱的壓力變化，人們用它來制造地震測(cè)量裝置是非常適合的。地震波經(jīng)過壓電陶瓷的作用，可以感應(yīng)一定強(qiáng)度的電信號(hào)。并在屏幕上硅示或以其他形式表現(xiàn)出來：同時(shí)，壓電陶瓷還能夠測(cè)定聲波的傳播方向。所以，用來測(cè)定和報(bào)告地震十分精確。利用壓電陶瓷制造的電子振蕩器和電子濾波器，頻率穩(wěn)定性好、精度高、使用壽命長，特別是在多路通信設(shè)備中能提高抗干擾性。用壓電陶瓷可以制成聲波探魚儀，在水中能發(fā)出很強(qiáng)的聲波并傳至遠(yuǎn)距離之外，可以有效地探測(cè)魚群的分布情況、規(guī)模、種類以及其他有關(guān)的資料，是捕撈作業(yè)的得力助手。壓電陶瓷是一種具有能量轉(zhuǎn)換功能的陶瓷，在機(jī)械力的作用下發(fā)生形變時(shí)，會(huì)引起表面帶電。其帶電強(qiáng)度的大小，可以和施加電場(chǎng)的強(qiáng)度成正比，也可以成反比。能夠在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)工程是壓電陶瓷應(yīng)用的