简述压电陶瓷的压电效应

压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。压电陶瓷到底是一种什么样的材料呢？压电陶瓷属于无机非金属材料。这是一种具有压电效应的材料。所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。压电打火机 现在煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。只要用手指压一下打火按钮，打火机上的压电陶瓷就能产生高电压，形成电火花而点燃煤气。干燥的空气中打一个10毫米的火花，大概要1万伏特左右。

压电陶瓷不同于一般陶瓷,它是具有压电效应

的多晶体。目前使用最多的压电陶瓷如钛酸钡

(BaTiO2 ) 和锆钛酸铅(简称PZT) 等。压电陶瓷的结构随温度变化而改变。当温度高于居里温度Tc 时,晶格为立方晶格无压电效应当温度低于Tc 时,压电陶瓷为四方晶格,此晶格具有压电效应。即在低于居里温度的条件下,对压电陶瓷施加足够强的直流电场,使晶体中极化小区(电畴) 的极化方向与电场方向一致。当外电场去掉后仍有很强的剩余极化,所以当有外力作用时在垂直于极化方向的平面上则出现与外力成正比的电荷.

压电陶瓷不是在任何方向都存在压电效应,只有垂直于极化方向的表面上才能产生电荷

压电陶瓷必须具有压电效应才有应用价值。从微观结构的角度看，材料可分为32个点群，其中有20个点群具有压电效应，这20个点群中有10个点群具有铁电性（即具有自发极化特性且自发极化方向能够在外电场作用下发生转变）。压电陶瓷是多晶体，要其内部的电偶极距方向是杂乱无章的，必须经过人工极化才能具有宏观压电效应，因此要求材料内部电偶极距的方向必须能在外电场作用下转向，因此一定要用铁电材料。

压电效应是通过使压电晶体产生形变，从而使其内部电荷发生极化，进而带电的现象。如果此过程反之，即为逆压电效应。产生这种效应，是因为晶体结构的非中心对称性，也就是说，在无形变时，晶体电荷是不存在极化的，但一旦沿某一方向形变，内部的电荷便不再对称，从而产生极化。打火机中便是装有这样的压电材料，您所说的“打火”，其实就是“击穿”，因为任何材料，或者说介质，都会有一个介电常数，其反映了介质的介电性能。如果介电场强超过一定值，介质便失去介电性能成为导体。这样，“打火机打火”现象便可解释为：外力按动打火机按钮，使压电晶体发生形变，形变导致晶体内部电荷极化，产生电场，此电场可看作空气的介电场强，因为场强很大，而空气介电常数较小，故而形成“电击穿”，在打火机与金属间产生“电火花”。

压电陶瓷，一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。常用的压电陶瓷有钛酸钡系，钛酸铅-锆酸铅二元系，及在二元系中添加第三种ABO3（A

二价金属离子，B四价金属离子或几种离子总合为正四价）型化合物，如：Pb（Mn1/3）Nb2/3）O3和Pb（CO1/3Nb2/3）O3等组成的三元系。如果在三元系统上再加入第四种或者更多的化合物，可组成四元或多原系压电陶瓷。此外，还有一种铌酸盐系压电陶瓷，如氧化钠（钾）·氧化铌（Na0.5·K0.5·NbO3

）和氧化钡（锶）·氧化铌（Bax·SR1-x·Nb2O5）等。这是一种具有压电效应的材料。所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。这种效应已经被应用在许多领域，以实现能量转换、传感、驱动、频率控制等功能。在能量转换方面，利用压电陶瓷将机械能转换成电能的特性，可以制造出压电点火器、移动X光电源、炮弹引爆装置。电子打火机中就有压电陶瓷制作的火石，打火次数可在100万次以上。用压电陶瓷把电能转换成超声振动，可以用来探寻水下鱼群的位置和形状，对金属进行无损探伤，以及超声清洗、超声医疗，还可以做成各种超声切割器、焊接装置及烙铁，对塑料甚至金属进行加工。

压电陶瓷不能提供直流电流。

电压方向与压力方向相关，一直往一边压着，电压方向就不会改变，如果一直出电流，那就是直流电流了，而压电片能产生的电荷仅仅是一点感应电荷，不能持续向外输出电荷量。

记得有过这样的报道：密集人流的人行道上铺设众多压电陶瓷，陶瓷片每次被踩踏所发出的电能都被存储起来加以利用。

但是由于压电陶瓷产生电能的特点，可能利用它来作为一种能实际持续发电的装置不太现实，目前大多数见到的是提供瞬间的电能（如打火机点火）的装置。