压电陶瓷的极化原理介绍
在讲压电陶瓷的极化之前，需要科普一下什么是压电陶瓷。压电陶瓷听起来很高端，说白了就是一种电子陶瓷材料，具有压电特性。那么压电陶瓷的压电特性是怎么来的?这是压电陶瓷经过了极化，所具有的特性。而极化又是化学当中重要的基本知识点，下面主要针对极化作相关介绍,希望这篇精心整理的文章能够给有需要的朋友一些最基本的帮助。
所谓极化，就是在压电陶瓷上加一强直流电场，使陶瓷中的电畴沿电场方向取向排列，又称人工极化处理，或单畴化处理。
一、极化原理
压电陶瓷的极化机理取决于其内部结构。压电陶瓷是由一颗颗小晶粒无规则地“镶嵌”而成，每个小晶粒可看为一个小单晶，其中原子(离子)都是有规则(周期性)的排列，形成晶格，晶格又由一个个重复单元—晶胞组成。 晶粒与晶粒的晶格方向不一定相同，从整体看，仍是混乱、无规则的。 为了使压电陶瓷处于能量(静电能与弹性能)最低状态，晶粒中就会出现若干小区域，每个小区域内晶胞自发极化有相同的方向，但邻近区域之间的自发极化方向则不同。自发极化方向一致的区域称为电畴，整块陶瓷包括许多电畴。
二、人工极化
在压电陶瓷上加一足够高的直流电场，并保持一定的温度和时间，迫使其电畴转向，或者说迫使其自发极化作定向排列。极化前，各晶粒内存在许多自发极化方向不同的电畴，陶瓷内的极化强度为零，极化处理时，晶粒可以形成单畴，自发极化尽量沿外场
方向排列。极化处理后，外电场为零，由于内部回复力(如极化产生的内应力的释放等)作用，各晶粒自发极化只能在一定程度上按原外电场方向取向，陶瓷内的极化强度不再为零，这种极化强度，称为剩余极化强度。
三、极化的三要素
极化电场、极化温度和极化时间，简称极化三要素。
四、极化方法
1)油浴极化法：油浴极化法是以甲基硅油等为绝缘媒质，在一定极化电场、温度和时间条件
下对制品进行极化的方法
2)空气极化法：空气极化法是以空气为绝缘媒质，以一定的极化条件对制品进行极化的方法。
3)空气高温极化方法：空气高温极化方法是以空气为绝缘媒质，极化温度从居里温度以上(高于TC10-20℃)逐步降至100℃以下，相应的极化电场从较弱(约30V/mm)逐步增加到较强(约300V/mm)，对制品进行极化的方法，又称高温极化法或热极化法。
总的来说，这在普通人眼中确实是非常复杂的一个过程，但是在化学领域确更像是基本的常识，研究化学的朋友，可能就会非常明白其中的原理，而对于小白，你也不必太过于紧张或许焦虑，可以参照上面的文字说明，细细研究其中的科学道理，如果你有一定的化学基础，相信会很快理解。当然，身边要是有一个学理科出身的朋友，那么虚心向他学习，或许也是一种捷径。
压电陶瓷没有极化之前的方向是不规则好的，总体统计而言是没有指向性的。所以不会出现压电性。如下图1。
单晶硅的定义是：生成过程中这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。就是说单晶压电材料的定义就是已经极化的叫做单晶硅，所以不需要极化。
晶振全称为晶体振荡器，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率， 是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给它通电，它就会产生机械振荡，反之，如果给它机械力，它又会产生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。（YXC扬兴晶振）
压电陶瓷的介电性是反映陶瓷材料对外电场的响应程度，通常用介电常数ε0来表示。在外电场不太大时, 电介质对电场的响应可用线性关系： 表示,P为极化强度, ε0为真空介电常数,为电极化率,E为外加电场。不同用途的压电陶瓷元器件对压电陶瓷的介电常数要求不同。例如, 压电陶瓷扬声器等音频元件要求陶瓷的介电常数要大, 而高频压电陶瓷元器件则要求材料的介电常数要小。
压电陶瓷的弹性系数是反映陶瓷的形变与作用力之间关系的参数。压电陶瓷材料同其它弹性体一样,遵循胡克定律: Xmn=cmnpqxmnpq, 式中cmnpq叫做弹性体的弹性硬度常数, X 为应力,x为应变。对于压电体,由于存在压电性,弹性系数的数值与电学边界条件有关。 压电陶瓷最大的特性是具有压电性, 包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下,介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化, 从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在外力不太大的情况下, 其电荷密度与外力成正比, 遵循公式：
其中,δ为面电荷密度, d为压电应变常数,T为伸缩应力。反之,当给具有压电性的电介质加上外电场时,电介质内部正负电荷中心发生相对位移而被极化, 由此位移导致电介质发生形变,这种效应称之为逆压电性。当电场不是很强时形变与外电场呈线性关系, 遵循公式：
dt为逆压电应变常数, 即d的转置矩阵, E为外加电场, x为应变。压电效应的强弱反映了晶体的弹性性能与介电性能之间的耦合程度,用机电耦合系数K表示, 遵循公式:
其中u12为压电能, u1为弹性能, u2为介电能。 经过极化了的压电陶瓷片的两端会出现束缚电荷, 所以在电极表面上吸附了一层来自外界的自由电荷。当给陶瓷片施加一外界压力F时，片的两端会出现放电现象。相反加以拉力会出现充电现象。这种机械效应转变成电效应的现象属于正压电效应。
另外, 压电陶瓷具有自发极化的性质, 而自发极化可以在外电场的作用下发生转变。因此当给具有压电性的电介质加上外电场时会发生如图所示的变化, 压电陶瓷会有变形。然而, 压电陶瓷之所以会有变形, 是因为当加上与自发极化相同的外电场时, 相当于增强了极化强度。极化强度的增大使压电陶瓷片沿极化方向伸长。相反, 如果加反向电场,则陶瓷片沿极化方向缩短。这种由于电效应转变成机械效应的现象是逆压电效应。 压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等。压电陶瓷对外力的敏感使它甚至可以感应到十几米外飞虫拍打翅膀对空气的扰动，用它来制作压电地震仪，能精确地测出地震强度，指示出地震的方位和距离。这不能不说是压电陶瓷的一大奇功。
压电陶瓷在电场作用下产生的形变量很小，最多不超过本身尺寸的千万分之一，别小看这微小的变化，基于这个原理制做的精确控制机构－－压电驱动器，对于精密仪器和机械的控制、微电子技术、生物工程等领域都是一大福音。
谐振器、滤波器等频率控制装置，是决定通信设备性能的关键器件，压电陶瓷在这方面具有明显的优越性。它频率稳定性好，精度高及适用频率范围宽，而且体积小、不吸潮、寿命长，特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性，使以往的电磁设备无法望其项背而面临着被替代的命运。
钛酸钡类（BaTiO3）,原材料有二氧化钛、碳酸钡、碳酸锶等；
锆钛酸铅类（PbZrTiO3）,原材料有二氧化钛、氧化锆、氧化铅、、碳酸锶、氧化铌、氧化镧等；
铌镁酸铅类（PbNbMgO3）,原材料有氧化铌、氧化镁、氧化铅、、碳酸锶、氧化镧等.
电极是银和低温玻璃材料.
