壓電材料原理-南臺科技大學.docVIP

南臺科技大學化學工程與材料工程學系 電子化學材料概論-壓電材料的應用 班級:化材三甲 學號:4A040001、4A040044 姓名:李明真、邱珮慈 壓電材料原理: 壓電效應: 壓電效應(piexoelectrics)是材料中一種機械能與電能互換的現象，壓電材料會有壓電效應是因晶格內原子間特殊排列方式，使得材料有應力場與電場耦合的效應,壓電效應有兩種，正壓電效應及逆壓電效應。 正壓電效應 當對壓電材料施以物理壓力時，材料體內之電偶極矩會因壓縮而變短，此時壓電材料為抵抗這變化會在材料表面產生正負電荷，以保持原狀。 逆壓電效應 當在壓電材料表面施加電場(電壓)，因電場作用時電偶極矩會被拉長，壓電材料為抵抗變化，會沿電場方向伸長 壓電材料 壓電材料會有壓電效應是因 HYPERLINK /wiki/%E6%99%B6%E6%A0%BC \o 晶格 晶格內 HYPERLINK /wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90 \o 原子 原子間特殊排列方式，使得材料有 HYPERLINK /wiki/%E6%87%89%E5%8A%9B \o 應力 應力場與 HYPERLINK /wiki/%E9%9B%BB%E5%A0%B4 \o 電場 電場 HYPERLINK /wiki/%E8%80%A6%E5%90%88 \o 耦合 偶合的效應。 壓電材料單晶體(signal crystal): 如石英(quartz)、鈮酸鋰(LiNbO3)、鉭酸鋰(LiTaO3)。 薄膜類(thin film)：如氮化鋁(AlN)、氧化鋅(ZnO)。 陶瓷類(ceramic)：如鈦酸鋇(BT)、鋯鈦酸鉛(PZT)。 聚合物(polymer)：如PVDF。 構想 利用壓電片發電取代傳統電池，加上電容儲存電力與整流器整波，最後結合LED，裝置在自行車原避震器的位置，完成一組具有環保能源、高效率的機構。 預定可裝設位置(左圖) 壓電效應是因晶格內原子間特殊排列方式，使得材料有應力場與電場耦合的效應 。 構想之特色為：將壓電元件黏貼於可撓物件上，並將這物件組裝成類似葉片彈簧的機構，除了有傳統彈簧的彈性效應外，在葉片變形的同時，也可以使上面的壓電元件因為受力變形而產生電荷如下圖所示。 彎曲應力與變形 設計步驟 步驟一: 首先了解壓電材料的材質，常用的壓電材料有石英（SiO2）、陶瓷（PZT、BT、PT）等等，我們選擇了價格低廉也具高效率的陶瓷壓電片。 步驟二: 選擇完了壓電材料的材質後，我們可以採取許多方式來產生電力，如加壓、敲打、彎矩，而一片直徑27mm的壓電片，經由測量電壓最高可達將近23伏特，然而可以產生的電流不到1 mA。 步驟三: 利用墊板剪裁適合大小當作基板，並以相同形狀大小的排列方式，一層一層堆疊，將力施於上方一點，接著測試串聯與並聯的差異，串連電壓增加，雖可以使較大電壓的LED發亮，但並聯能使電流相加，而控制燈泡亮度的關鍵為電流量，因此我們選擇以並聯做為壓電片的連結。 步驟四: 接著加上適合的電容與整流器輔助，電容主要的功用則是儲存電量，當電量飽和後會濾波再慢慢釋放給LED燈，而整流器是為了產生弦波的交換，讓LED燈可以持續的發亮，而不是一閃一閃的，讓此機構可以發揮最高效用。 步驟五: 將完成的成品，利用在自行車上原有避震的地方，我們稱此機構為「壓電式避震與發電機構」，這項機構不僅環保也是一項創新。 參考資料  HYPERLINK /l.php?u=http%3A%2F%2F%2Fr%2F_ylt%3DA8tUwYTkLqNS0z8AM6tr1gt.%3B_ylu%3DX3oDMTE2aDJnaGhrBHNlYwNzcgRwb3MDNwRjb2xvA3R3MQR2dGlkA1ZJUFRXNThfNTA4%2FSIG%3D12k5oubl6%2FEXP%3D1386454884%2F**http%253a%2F%2F.tw%2FEshareFile%2F2011_5%2F2011_5_e5d0021a.ppth=RAQH5AvrS 原理  HYPERLINK /l.php?u=http%3A%2F%2F.tw%2FView%2F139193h=RAQH5AvrS 材料