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壓電陶瓷歷史

  壓電陶瓷是一能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料。壓電效應是指某些介質在受到機械壓力時,哪怕這種壓力微小得像聲波振動那樣小,都會產生壓縮或伸長等形狀變化,引起介質表面帶電,這是正壓電效應。反之,施加激勵電場,介質將產生機械變形,稱逆壓電效應。
  1880年法國人居里兄弟發現了"壓電效應"。1942年,壓電陶瓷材料--鈦酸鋇先后在美國、前蘇聯和日本制成。1947年,鈦酸鋇拾音器--壓電陶瓷器件誕生了。50年代初,又一種性能大大優于鈦酸鋇的壓電陶瓷材料--鋯鈦酸鉛研制成功。從此,壓電陶瓷的發展進入了新的階段。60年代到70年代,壓電陶瓷不斷改進,逐趨完美。如用多種元素改進的鋯鈦酸鉛二元系壓電陶瓷,以鋯鈦酸鉛為基礎的三元系、四元系壓電陶瓷也都應運而生。這些材料性能優異,制造簡單,成本低廉,應用廣泛。
  80年代后期至今,人們研制出馳豫鐵電體陶瓷材料,在此基礎上有成功研制出馳豫鐵電體單晶材料,為三維超聲波成像奠定了基礎。目前,人們將納米技術應用到壓電材料的制作工藝上已取得新的突破。
  目前,世界各國正在大力研制開發無鉛壓電陶瓷,以保護環境和追求健康,預計2008后形成產業化生產。

壓電陶瓷應用

  利用壓電陶瓷將外力轉換成電能的特性,可以制造出壓電點火器、移動X光電源、炮彈引爆裝置。用兩個直徑3毫米、高5毫米的壓電陶瓷柱取代普通的火石,可以制成一種可連續打火幾萬次的氣體電子打火機。用壓電陶瓷把電能轉換成超聲振動,可以用來探尋水下魚群的位置和形狀,對金屬進行無損探傷,以及超聲清洗、超聲醫療,還可以做成各種超聲切割器、焊接裝置及烙鐵,對塑料甚至金屬進行加工。
  壓電陶瓷對外力的敏感使它甚至可以感應到十幾米外飛蟲拍打翅膀對空氣的擾動,并將極其微弱的機械振動轉換成電信號。利用壓電陶瓷的這一特性,可應用于聲納系統、氣象探測、遙測環境保護、家用電器等方面。
  在潛入深海的潛艇上,都裝有人稱水下偵察兵的聲納系統。它是水下導航、通訊、偵察敵艦、清掃敵布水雷的不可缺少的設備,也是開發海洋資源的有力工具,它可以探測魚群、勘查海底地形地貌等。在這種聲納系統中,有一雙明亮的"眼睛"--壓電陶瓷水聲換能器。當水聲換能器發射出的聲信號碰到一個目標后就會產生反射信號,這個反射信號被另一個接收型水聲換能器所接收,于是,就發現了目標。目前,壓電陶瓷是制作水聲換能器的較佳材料之一。
  在醫學上,醫生將壓電陶瓷探頭放在人體的檢查部位,通電后發出超聲波,傳到人體碰到人體的組織后產生回波,然后把這回波接收下來,顯示在熒光屏上,醫生便能了解人體內部狀況。
  在工業上,地質探測儀里有壓電陶瓷元件,用它可以判斷地層的地質狀況,查明地下礦藏。還有電視機里的變壓器--電壓陶瓷變壓器,它體積變小、重量減輕,效率可達60%~80%,能耐住3萬伏的高壓,使電壓保持穩定,完全消除了電視圖象模糊變形的缺陷。
  在航天領域,壓電陶瓷制作的壓電陀螺,是在太空中飛行的航天器、人造衛星的"舵"。依靠"舵",航天器和人造衛星,才能保證其既定的方位和航線。小巧玲瓏的壓電陀螺靈敏度高,可靠性好。
  在玩具小狗的肚子中安裝壓電陶瓷制作的蜂鳴器,玩具都會發出逼真有趣的聲音。
  壓電陶瓷在汽車上應用越來越廣泛。在汽車的制動器活塞里安裝一種簡單的壓電陶瓷致動器,向內部制動杉塊的支撐板施加“抖動”頻率,有效抑制產生尖利噪音的振動,從而能在溫度濕度變化和剎車系統正常磨損的情況下發揮作用。
  壓電陶瓷也可用作汽車的壓電陶瓷爆震傳感器、超聲波傳感器、加速度傳感器等類別。壓電陶瓷在汽車燃油系統的噴油器上應用目前處于較前沿的開發階段。
  隨著高新技術的發展,壓電陶瓷的應用必將越來越廣闊。除了用于高科技領域,它更多的是在日常生活中為人們眼務,為人們創造更美好的生活。


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