压电陶瓷原理及材料介绍

说到能量转换，少年朋友们大都容易理解。例如，电灯把电能转化成为光能和热能；电动机带动水泵把水抽到山坡的梯田上；大坝下的水轮机带动发电机发电，是把机械能转化为电能……然而，你可知道，有一种压电陶瓷，它能使机械能和电能互相转换，为我们做许许多多有益的事情呢。

压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。我们在上面提到的压电陶瓷，是一种先进功能陶瓷，它具有压电效应。

那么，什么是压电效应呢？

当你在点燃煤气灶或热水器时，就有一种压电陶瓷已悄悄地为你服务了一次。生产厂家在这类压电点火装置内，藏着一块压电陶瓷，当用户按下点火装置的弹簧时，传动装置就把压力施加在压电陶瓷上，使它产生很高的电压，进而将电能引向燃气的出口放电，于是，燃气就被电火花点燃了。压电陶瓷的这种功能就叫做压电效应。

压电效应的原理是，如果对压电陶瓷施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。如果压力是一种高频震动，则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号（机械震动），这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能，这种相互对应的关系确实非常有意思。

压电陶瓷的用途十分广泛。据粗略统计，压电陶瓷至少有20多种用途。让我们仅举几例：

近年来，煤气公司出售的一种新式的电子打火机，就是应用压电陶瓷的压电效应制成的。有些少年朋友假如在中午要自己把饭菜热一下，你一定有这方面的“经验”：只要用大拇指压一下打火机上的按钮，压电陶瓷即产生高电压，形成火花放电，从而点燃煤气。当压电陶瓷把机械能转换成电能放电时，陶瓷本身不会消耗，也几乎没有磨损，可以长久使用下去。所以，压电打火机使用方便，安全可靠，寿命长。据煤气公司销售人员介绍，一把压电打火机可使用30万次以上。以每年使用3000次计算，约可以使用100年。

地震这一自然现象，一直显得异常狰狞可畏。地球每年发生的地震大约有几百万次，其中人能感觉到的约为几万次，约占1%。20世纪以来，已发生10次破坏性大地震，其中有4次发生在中国。

大地震一旦发生，对人类造成的灾难是毁灭性的，因此，地震预报十分重要。由于压电陶瓷的压电效应非常灵敏，能精确地测出地壳内细微的变化，甚至可以检测到10多米外昆虫拍打翅膀引起的空气振动，所以，压电地震仪能精确地测出地震强度。由于压电陶瓷能测定声波的传播方向，因此，压电地震仪还能告诉人们地震的方位和距离。有压电地震仪来预报地震，人们可以放心多了。

在军事上，人们在制造穿甲弹的时候，常常把压电陶瓷安装在弹头部位。只要穿甲弹一击中坦克，炸药就会被压电陶瓷产生的高压电点燃而爆炸，把坦克炸得粉碎。

此外，通过正压电效应，把机械振动转换为交流电信号，可用来制造压电拾音器、扬声器、蜂鸣器、超声波接收探头等，其中电子音乐贺卡就是这种器件的实例。反之，通过逆压电效应，将交流电信号转换为机械振动，可用于制造超声波发射仪、压电扬声器、录像机和录音机的传动装置以及超声波清洗剂。另外，许多高转换效率、高灵敏度的声波发射和接收的压电器件正服役于超声波的水下探测仪，材料的超声波无损探伤仪，探测海洋中鱼群的规模、种类、密集程度、方位和距离，潜水艇位置的水下声纳，超声波断层摄影装置，大功率超声波碎石仪等各种仪器。

压电陶瓷具有加工成型方便、成本低、压电特性便于控制等特点，应用范围正在不断扩大，前景不可估量。

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。

压电陶瓷是一能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。所谓压电效应是指某些介质在受到机械压力时,哪怕这种压力像声波振动那样微小,都会产生压缩或伸长等形状变化,引起介质表面带电,这是正压电效应。

如今压电陶瓷已经被科学家应用到国防建设、科学研究、工业生产以及和人民生活密切相关的许多领域中,成为信息时代的多面手。

在航天领域,压电陶瓷制作的压电陀螺,是在太空中飞行的航天器、人造卫星的“舵”。依靠“舵”,航天器和人造卫星,才能保证其既定的方位和航线。传统的机械陀螺,寿命短,精度差,灵敏度也低,不能很好满足航天器和卫星系统的要求。而小巧玲珑的压电陀螺灵敏度高,可靠性好。

在潜入深海的潜艇上,都装有人称水下侦察兵的声纳系统。它是水下导航、通讯、侦察敌舰、清扫敌布水雷的不可缺少的设备,也是开发海洋资源的有力工具,它可以探测鱼群、勘查海底地形地貌等。在这种声纳系统中,有一双明亮的“眼睛”,压电陶瓷水声换能器。当水声换能器发射出的声信号碰到一个目标后就会产生反射信号,这个反射信号被另一个接收型水声换能器所接收,于是,就发现了目标。目前,压电陶瓷是制作水声换能器的最佳材料之一。

在医学上,医生将压电陶瓷探头放在人体的检查部位,通电后发出超声波,传到人体碰到人体的组织后产生回波,然后把这回波接收下来,显示在荧光屏上,医生便能了解人体内部状况。

压电陶瓷也广泛用于日常生活中。用两个直径3毫米、高5毫米的压电陶瓷柱取代普通的火石制成的气体电子打火机,可连续打火几万次。利用同一原理制成的电子点火枪是点燃煤气炉极好的用具。还有一种用压电陶瓷元件制作的儿童玩具,比如在玩具小狗的肚子中安装压电陶瓷制作的蜂鸣器,玩具就会发出逼真有趣的声音

首先，永动机是不能实现的，能量守恒第一定律和第二定律已经说得比较清楚了。

第二，正压电效应一直受力会变成永动机吗。1，如果受力是单方向的，那么压电陶瓷会压碎。2如果力是周期性类似于正弦变化的，那么是可以不断产出电能的。我想你问的应该是这个情况，但是这不叫永动机哦

压电陶瓷的原理是：一种陶瓷材料有压电效应，即受到外界施加的压力后材料自身就会产生电荷的累积，即由压力产生电荷的现象就叫压电效应。从而可以通过电荷的变化来感应压力的变化，最普遍的应用为B超，声纳等。

另外压电陶瓷还有逆压电效应，即在有外加电场的作用下，自身材料会产生微小形变，因此通过这个特性也将压电陶瓷做成微位移制动器，实现微小位移的精确控制。

国内在哈尔滨工业大学有一家公司专门生产压电陶瓷和配套驱动电源的，好像叫：博实精密测控，我们实验室就在用，效果很明显。

Good Luck！