能發出超聲波的壓電陶瓷是什麼東西?
知識點:壓電陶瓷是一種基於壓電效應,是能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料,屬於無機非金屬材料。
目前,超聲感測器主要分為兩種,一種是基於壓電效應的壓電感測器,另一種是基於磁致伸縮效應的磁致伸縮感測器。
運用壓電效應原理的超聲波感測器,其常用的壓電材料主要為石英晶體、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷等。在壓電材料切片上施加交變電壓,使它產生電致伸縮振動,就能產生超聲波。
壓電陶瓷是一種基於壓電效應,能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料,屬於無機非金屬材料。
壓電效應是某些晶體和壓電陶瓷所具有的性質,在某些電介質上載入負荷後,使其產生極化現象,在其表面上,正負電荷會發生分離。當去除外力後,如果極化現象不消失,就稱為正壓電效應;相反,當在電介質的極化方向上施加電場,電介質也會發生變形,但是當電場去掉後,電介質的變形也隨之消失,這種現象就稱為逆壓電效應,或稱為電致伸縮現象。
壓電陶瓷具有敏感的特性,可以將極其微弱的機械振動轉換成電信號。鋯鈦酸鉛系(PZT)壓電陶瓷是目前使用最廣,能夠最有效地實現機械能與電能轉換的壓電陶瓷,所以在現代工業上有著廣泛的應用,佔據著壓電陶瓷總產量的70%。
PZT壓電陶瓷晶體在居里溫度以上時,其結構為立方晶系鈣鈦礦型,到居里溫度時,發生相變並發生自發極化轉成四方鐵電相。PZT的晶格常數隨組成的不同而不同,在四方鐵電相區域,隨著Zr含量的增加,晶胞的體積會隨之相應增大,就具有良好的機電耦合係數和機械品質因數。
另外,由於PZT體系壓電陶瓷含有大量重金屬鉛Pb,對生態環境造成不利影響,因此,找出合適的無鉛材料逐步取代PZT壓電陶瓷是現在壓電陶瓷領域研究的重點。
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