分享壓電材料分類及介紹

分享壓電材料分類及介紹

      壓電單晶體除天然石英之外，還有人工研制的許多種類，如磷酸二氫氨（ADP），磷酸二氫鉀（KDP）等，但由于它們的性能存在某種缺陷，隨著人造石英的大量生產和壓電陶瓷性能的提高，這些晶體大多已基本不用。

      壓電薄膜如氧化鋅和氮化鋁等是當今微波器件的關鍵材料。

 但應用重要和用量大的壓電材料仍然是石英和各類多晶壓電陶瓷。與其它壓電體相比，壓電陶瓷具有一系列優點，如易于制造，可成批量生產，成本低，不受尺寸和形狀的限制，可在任一方向極化，可通過調節組分改變材料的性能，而且耐熱、耐濕和化學穩定性好等。

壓電材料的種類較多，簡單概括起來，可按如下進行分類：

 一類是無機壓電材料，分為壓電晶體和壓電陶瓷，壓電晶體一般是指壓電單晶體；壓電陶瓷則泛指壓電多晶體。

 壓電陶瓷是指用必要成份的原料進行混合、 成型、高溫燒結，由粉粒之間的固相反應和燒結過程而獲得的微細晶粒無規則集合而成的多晶體。具有壓電性的陶瓷稱壓電陶瓷，實際上也是鐵電陶瓷。在這種陶瓷的晶粒之中存在鐵電疇，鐵電疇由自發極化方向反向平行的180 疇和自發極化方向互相垂直的90 疇組成，這些電疇在人工極化（施加強直流電場）條件下，自發極化依外電場方向充分排列并在撤消外電場后保持剩余極化強度， 因此具有宏觀壓電性。 如：鈦酸鋇 BT、鋯鈦酸鉛 PZT、改性鋯鈦酸鉛、偏鈮酸鉛、鈮酸鉛鋇鋰PBLN、改性鈦酸鉛 PT等。這類材料的研制成功，促進了聲換能器，壓電傳感器的各種壓電器件的改善和提高。

 壓電晶體一般指壓電單晶體， 是指按晶體空間點陣長程有序生長而成的晶體。這種晶體結構無對稱中心，因此具有壓電性。如水晶（石英晶體）、鎵酸鋰、鍺酸鋰、鍺酸鈦以及鐵晶體管鈮酸鋰、鉭酸鋰等。

 相比較而言，壓電陶瓷壓電性強、介電常數高、可以加工成任意形狀，但機械因子較低、電損耗較大、穩定性差，因而適合于大功率換能器和寬帶濾波器等應用，但對高頻、高穩定應用不理想。石英等壓電單晶壓電性弱，介電常數很低，受切型限制存在尺寸局限，但穩定性很高，機械因子高，多用來作標準頻率控制的振子、高選擇性（多屬高頻狹帶通）的濾波器以及高頻、高溫超聲換能器等。近來由于鈮鎂酸鉛Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 單晶體（ Kp ≥ 90%, d33 ≥ 900 ×-3C/N,10ε≥ 20,000）特異，外上都開始這種材料的研究，但由 于其居里點太低，離使用化尚有一段距離。

 二類是有機壓電材料， 又稱壓電聚合物， 如偏聚氟乙烯 （PVDF）（薄膜） 及其它為代表的其他有機壓電（薄膜） 材料。

 這類材料及其材質柔韌， 低密度， 低阻抗和高壓電電壓常數 (g)等優點為世人矚目，且發展十分迅速，現在水聲超聲測量，壓力傳感，引燃引爆等方面獲得應用。不足之處是壓電應變常數（d）偏低，使之作為有源發射換能器受到很大的限制。

 三類是復合壓電材料， 這類材料是在有機聚合物基底材料中嵌入片狀、棒狀、桿狀、或粉末狀壓電材料構成的。至今已在水聲、電聲、超聲、醫學等領域得到廣泛的應用。如果它制成水聲換能器， 不僅具有高的靜水壓響應速率，而且耐沖擊，不易受損且可用與不同的深度。