压电材料分类
压电材料可以按照不同的方式进行分类,以下是一种常见的分类方法:
一、单晶压电材料
单晶压电材料由单一晶体组成,具有高度的晶体完整性和优良的压电性能。常见的单晶压电材料包括:
1.石英(水晶):是最早被发现的压电材料之一,具有稳定的性能和较高的机械品质因子,但价格相对较高,一般仅用于标准仪器或要求较高的传感器中。
2.锂铌酸盐、钽酸锂、铌酸锂等:这些材料具有不同的晶体结构和压电性能,适用于不同的应用场景。
单晶压电材料通常具有高压电系数、低介电常数、高温度稳定性和高机械强度等特点,因此在高精度和高灵敏度的传感器和执行器中具有广泛的应用。
二、多晶压电材料
多晶压电材料由多个晶体组成,具有较低的压电系数和较高的介电常数,但成本较低,易于加工和成型。常见的多晶压电材料包括:
1.压电陶瓷:如钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(PZT)等。压电陶瓷具有抗酸碱、机电耦合系数高、易制成任意形状和价格便宜等优点。然而,它们的温度系数较大,需要高压极化处理。
2.其他多晶材料:如钯酸铅锆钛、锶钡酸铅等。
多晶压电材料在传感器、执行器、能量收集器和医疗设备等领域有广泛应用。
三、有机压电材料(压电聚合物)
有机压电材料,又称压电聚合物,具有柔韧、低密度、低阻抗和高压电电压常数等优点。常见的有机压电材料包括:
1.聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物:如偏氟乙烯与三氯乙烯共聚物(VDF/TrFE)等。这些材料在受到外力作用时,能够产生压电效应,将机械能转化为电能。
有机压电材料在水声超声测量、压力传感、引燃引爆等方面获得应用。然而,它们的压电应变常数偏低,作为有源发射换能器受到一定限制。
四、复合压电材料
复合压电材料是由压电陶瓷和高分子聚合物或其他材料复合而成,兼具陶瓷的高压电性能和聚合物的韧性。常见的复合压电材料包括:
1.压电陶瓷-高聚物复合材料:这类材料结合了无机和有机压电材料的性能,并能产生两相都没有的特性。它们具有高接收灵敏度,比普通压电陶瓷更适合于水声换能器。
2.其他复合材料:如嵌入片状、棒状、杆状或粉末状压电材料的有机聚合物基底材料等。
复合压电材料在医学、水声、电声、超声等领域得到广泛应用。
综上所述,压电材料种类繁多,各具特点。在选择压电材料时,需要根据具体应用场景和需求进行综合考虑。