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材料压电系数的测定 压电材料 没有对称中心的材料受到机械应力处于应变状态时，材料内部会引起电极化和电场，其值与应力的大小成比例。其符号取决于应力的方向。这种现象称为正压电效应。也就是受力应变产生电场。 逆压电效应则与正压电效应相反，当材料在电场的作用下发生电极化时，会产生应变，其应变值与所加电场的强度成正比。其符号取决于电场的方向。此现象称为逆压电效应。也就是电场作用产生应变。 具有压电效应的材料叫做压电材料。由此可见，通过压电材料可将机械能和电能互相转换。利用逆压电效应，还发展了一系列电致伸缩材料。 压电材料的种类 1、晶体 在无对称中心的21种类型中有20种有压电效应。这些压电晶体性能稳定，内耗小。 2、半导体 常用的有II-VI族化合物和III-V族化合物。最常用的为CdS、ZnO等。 3、陶瓷多晶压电材料 陶瓷多晶压电材料比晶体便宜但易老化，典型的有钛酸钡陶瓷和锆钛酸铅陶瓷。 4、高分子压电材料 压电材料的应用和发展趋势 压电材料已广泛应用于电子学和传感器领域。石英、铌酸锂、钛酸钡、锆钛酸铅等用得最多。 压电材料的发展趋势： 1、研究压电材料的结构和性能的关系。 2、研究各向异性压电陶瓷。 3、研究特优性能的压电材料。 4、研究耐高温高压压电材料。 5、研究复合压电材料及其应用。 6、研究新型压电高聚物。 7、研究开发生物压电高分子，探索制作分子压电器件的可能性。 压电材料应用实例 用于导航的压电陀螺 雷达的压电陶瓷变压器 压电超声马达 压电滤波器 压电效应的机理 压电效应产生的根源是晶体中离子电荷的位移。当不存在应变时电荷在晶格位置上的分布是对称的，所以其内部电场为零。但是当给晶体施加应力则电荷发生位移，如果电荷分布不再保持对称就会出现净极化，并将伴随产生一电场，这个电场就表现为压电效应。例如石英产生压电效应就是如此，如图所示。 石英晶体不存在对称中心，当给晶体施加压力时，晶体内部将产生极化，表现为产生一电场。 当压电材料产生正压电效应时，施加应力将产生额外电荷，发生极化，其极化强度P和应变之间的关系可用压电（应力）常数与沿x、y、z轴的应变和切应变的方程来表示，其中18个系数eik被称为压电（应力）常数。而极化强度和应力的关系可用压电（应变）常数与沿x、y、z轴的应力和切应力的方程来表示，其中18个系数dik被称为压电（应变）系数。 压电常数eik和压电系数dik都是压电效应的重要特征值。 压电性的测量方法可分为电测法、声测法、力测法和光测法，其中以电测法最为普遍。在电测法中，又可分为动态法、静态法和准静态法。动态法是用交流信号激励样品，使之处于特定的运动状态——通常是谐振及谐振附近的状态，通过测量其特征频率并进行适当的计算便可以获得压电参量的数值。这个方法的优点是精确度高，而且比较简单。这里仅对动态法作一介绍。 在测量时需要把材料作成若干个所谓标准样品。“标准”的含义是样品的取向、形状、尺寸和电极的配置符合理论的要求。因为测量和计算中用到的关系式是求解压电振动方程的结果，只有在一定的边界条件下才能成立。激励电场的方向垂直于样品的主平面时，称为垂直场激发，平行时称为平行场激发。 不同的点群材料，它们的压电参量的独立分量不同，测量方法随之不同。下面针对两个代表性的压电点群，具体介绍测量方法。 3m（C3v）点群材料的测量 属于3m点群的压电材料有熟知的LiNbO3,LiTaO3和电气石等，前两种是铁电体，后一种是热电体。这个点群的材料需要测量的压电参量有：压电常量：emi,dmi,gmi,hmi,mi=15,22,31,33;弹性常量： ，ij=11,12,13,14,33,44,66；电容率和介电隔离率： ，mn=11,33；机电耦合因数：kt，k31，k15等。 （1）z片，垂直场 （2）z片，平行场 （3）x片，垂直场 （4）x片，平行场 （5）y片，垂直场 （6）y片，平行场 （7）（yxl）35°片，垂直场 （8）zx片，垂直场 第一种样品 第三种样品 式中t是厚度，A=wl是电极面积 对于第一种样品，利用垂直场激发厚度伸缩模，测一系列基音和泛音谐振频率，得出频率比，查表得出厚度伸缩振动机电耦合因数 该样品的反谐振频率 为 n=1,3,5… 式中ρ为密度。测出 即可得 。 为提高准确度，一般多测几个 ，求 的平均值。然后利用下式求 对于第二种样品，利用平行场激发厚度切变模，其谐振频率为 测出若干个 ，求出 的平均值。 对于第三种样品，利用垂直场激发两个相互耦合的厚度切变模，它