电介质材料(压电以及和铁电材料1).pptVIP

电介质材料Dielectric Materials （piezoelectric material ）;;当你在点燃煤气灶，热水器或打火机时，就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压，进而将电能引向燃气的出口放电，于是，燃气就被电火花点燃了。压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应，压电陶瓷就是一种常用的压电材料。 ;压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能 。 压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。 ;压电晶体产生压电效应;在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面(极化面)上出现符号相反的束缚电荷Q，且其电位移D(在MKS单位制中即电荷密度σ)与外应力张量T成正比： D=d T 或?? σ =d T?? ??????????????????????????? 式中? d——压电常数矩阵。 当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。;压电效应 (a)正压电效应；(b)压电效应的可逆性 ;（4 ） 机械耦合系数：在压电效应中 , 其值等于转换输出能量（如电能）与输入的能量（如机械能）之比的平方根 ; 它是衡量压电材料机电能量转换效率的一个重要参数。 （ 5 ） 电阻：压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏 , 从而改善压电传感器的低频特性。 （ 6 ） 居里点：压电材料开始丧失压电特性的温度称为居里点。 （7）机械品质因数：压电振子在谐振时在一周期内贮存的机械能与损耗的机械能之比。;压电材料;石英晶体;石英晶体???称水晶，有天然和人工之分。目前传感器中使用的均是以居里点为573℃，晶体的结构为六角晶系的α-石英。 在讨论晶体机电特性时，采用xyz右手直角坐标较方便，并统一规定：x轴与a(或b、d)轴重合，谓之电轴，它穿过六棱柱的棱线，在垂直于此轴的面上压电效应最强；y轴垂直m面，谓之机轴，在电场的作用下，沿该轴方向的机械变形最明显；z轴与c轴重合，谓之光轴，也叫中性轴，光线沿该轴通过石英晶体时，无折射，沿z轴方向上没有压电效应。 ;压电石英的主要性能特点是： (1) 压电常数小，时间和温度稳定性极好； (2) 机械强度和品质因素高，且刚度大，固有频率高，动态特性好； (3) 居里点573℃，无热释电性，且绝缘性、重复性均好。;石英晶体振荡器 ;石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。 ;;当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C0，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十mH到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。 ;;;;压电陶瓷 ;; 例2：由热运动引起的自发极化;等轴晶系（大于120oC） ： 晶胞常数：a=4.01A 氧离子的半径：1.32A 钛离子的半径： 0.64 钛离子处于氧八面体中， 两个氧离子间的空隙为：4.01－2× 1.32= 1.37 钛离子的直径：2× 0.64= 1.28;结果： 氧八面体空腔体积大于钛离子体积，给钛离子位移的余地。 较高温度时，热振动能比较大，钛离子难于在偏离中心的某一个位置上固定下来，接近六个氧离子的几率相等，