材料的压电性与铁电性能ppt课件.ppt

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1、材料的压电性能与铁电性能第一节压电性能第二节热释电与铁电性能第三节铁电材料的电光效应及其应用第四节影响材料压电性及铁电性的因素第五节压电与铁电性能的测量材料的压电性能与铁电性能压电效应某些电介质，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷。当外力去掉后，又重新恢复到不带电状态。这种现象称压电效应。当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变。有时人们把这种机械能转换为电能的现象，称为“正压电效应”。相反，当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，这种现

2、象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。材料的压电性能与铁电性能压电效应具有压电效应的材料称为压电材料，压电材料能实现机—电能量的相互转换。材料的压电性能与铁电性能压电效应的发展历程压电效应(Piezoelectriceffect)是J.Curie和P.Curie兄弟于1880年在α石英晶体上首先发现的。研究对称晶体与压电现象的关系发现：在某一类晶体中施加压力会产生电性系统研究了施压方向和电场强度之间的关系压电效应(Piezoelectriceffect)材料的压电性能与铁电性能具有压电性的材料闪锌矿(zincble

3、nde)钠氯酸盐(sodiumchlorate)电气石(tourmaline)石英(quartz)酒石酸(tartaricacid)蔗糖(canesuger)方硼石(boracite)异极矿(calamine)黄晶(topaz)若歇尔盐(Rochellesalt)非晶方性结构(anisotropic)晶方性(isotropic)结构是不会产生压电性的各向异性结构材料的压电性能与铁电性能压电效应的应用在居里兄弟发现“压电效应”后的三分之一个世纪中，压电效应在应用上几乎没有受到任何重视；一战：盟军军舰受到德军潜艇的严重

4、攻击寻求新的有效探测潜艇的方法电磁波无法穿越海水声波很容易在海里行进继承人：蓝杰文(P.Langevin)利用石英的压电效应制成水下超声探测器如今：声纳反潜海底通讯电话通讯医学诊断：超声波成像术、全像摄影术、计算机辅助声波断层摄影术材料的压电性能与铁电性能第一节压电性能一、压电效应的基本原理+++------+++未加应力(1)不具有自发极化特性，但为不对称中心结构，在外力的作用下，产生极化。+++---—+±加应力产生极化，正负电荷中心分开加应力不产生极化材料的压电性能与铁电性能第一节压电性能一、压电效应的基本原

5、理(2)含有对称中心的结构，加应力不产生极化。++--未加应力加应力正负电荷中心不分开，不产生极化--++-±材料的压电性能与铁电性能第一节压电性能一、压电效应的基本原理定义：在没有电场作用下，由机械应力的作用使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象称为压电效应．无对称中心的异极晶体应变诱发出介电极化晶体两端出现相反的束缚电荷应力材料的压电性能与铁电性能第一节压电性能一、压电效应的基本原理这种没有电场作用，由机械应力的作用而使电介质晶体产生极化并形成晶体表面电荷的现象也称为正压电效应。材料的压电性能与铁电性能第

6、一节压电性能一、压电效应的基本原理NO.1在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，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[如图12-1a所示]，且其电位移D与外应力张量T之间成正比：D=dT其具体表达式：式中：Dm—电位移；Tj—应力；Sj—应变；dmj—压电应变系数；emj—压电应力系数；m—电学量的方向(=1，2，3);j—力学量的方向(=1，2，3，4，5，6)材料的压电性能与铁电性能第一节压电性能一、压电效应的基本原理NO.2对具有

7、压电效应的电介质施加电场作用时，同样会引起电介质内部正负电荷中心的相对位移而导致电介质产生变形，且其应变S与外电场强度E呈正比：S=dE其具体表达式：这种效应称为逆压电效应，或称电致伸缩材料的压电性能与铁电性能第一节压电性能一、压电效应的基本原理－－－－－－－++++++++++++－－－－－极化方向释放电荷正压电效应逆压电效应+++++－－－－－极化方向－－－－－－－+++++++－－－－－－++++++材料的压电性能与铁电性能二、压电性能的主要参数1、介电常数对于一定形状、尺寸的压电元件，其固有电容与介电常数有

8、关；而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。介电常数反映了材料的介电性质（或极化性质）即：不同机械条件时，测得的介电常数不同。在机械自由条件下，称为恒应力介电常数或自由介电常数，以表示．在机械受夹条件下，则称为受夹恒应变介电常数或夹持介电常数，以表示。材料的压电性能与铁电性能三、压电性能的主要参数2、介质损耗交变电场下，压电体表面所积累的电荷有两种分量：－－