一、壓電陶瓷的核心作用:機(jī)械能與電能的雙向轉(zhuǎn)換
1. 正壓電效應(yīng):機(jī)械能→電能
當(dāng)壓電陶瓷受到機(jī)械應(yīng)力(如擠壓、振動(dòng)、聲波沖擊)時(shí),其內(nèi)部晶格發(fā)生畸變,導(dǎo)致正負(fù)電荷中心偏移,從而在表面產(chǎn)生電荷積累。這一過(guò)程可將振動(dòng)、壓力等機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),可應(yīng)用在傳感器上,用于檢測(cè)壓力、振動(dòng)、聲波等物理量,如:
壓力傳感器:測(cè)量血壓、輪胎胎壓、工業(yè)管道壓力等(利用壓力產(chǎn)生電荷);
振動(dòng)傳感器:監(jiān)測(cè)橋梁、機(jī)械部件的振動(dòng)狀態(tài),或作為地震預(yù)警傳感器;
水聲換能器:在聲吶系統(tǒng)中接收水下聲波,轉(zhuǎn)化為電信號(hào)(如潛艇探測(cè)、海洋勘探)。
2. 逆壓電效應(yīng):電能→機(jī)械能
當(dāng)對(duì)壓電陶瓷施加電場(chǎng)時(shí),其晶格會(huì)產(chǎn)生定向形變(伸長(zhǎng)或收縮),將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械運(yùn)動(dòng)。這一過(guò)程可用于產(chǎn)生振動(dòng)、聲波或精確位移,可應(yīng)用在執(zhí)行器上,將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)作,如:
超聲換能器:在醫(yī)學(xué) B 超中發(fā)射超聲波(電信號(hào)→機(jī)械振動(dòng)→聲波),或在超聲波清洗機(jī)中產(chǎn)生高頻振動(dòng);
壓電馬達(dá):利用高頻振動(dòng)驅(qū)動(dòng)精密機(jī)械部件(如光刻機(jī)平臺(tái)、光學(xué)鏡頭調(diào)焦);
噴墨打印機(jī)噴頭:通過(guò)電場(chǎng)作用使壓電陶瓷形變,擠壓墨水噴出形成液滴。
二、其他功能性作用(非能量轉(zhuǎn)換)
1. 熱釋電效應(yīng)的衍生應(yīng)用
部分壓電陶瓷(如鈦酸鉛)同時(shí)具有熱釋電效應(yīng),即溫度變化時(shí)表面產(chǎn)生電荷,可用于:
紅外傳感器:檢測(cè)人體或物體發(fā)出的紅外輻射(如安防監(jiān)控的熱釋電探頭)。
2. 電介質(zhì)特性的應(yīng)用
壓電陶瓷作為絕緣電介質(zhì),可用于:
多層陶瓷電容器(MLCC):利用其高介電常數(shù)儲(chǔ)存電荷,盡管主要功能非壓電效應(yīng),但材料特性兼容。