压电材料应用.docx

压电材料应用压电材料:受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。打火机的火花即运用此技术半导体材料:导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电的电子材料,其电导率在10~10欧姆/厘米范围内。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁等外界因素的变化十分敏感,在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的电导率。正是利用半导体材料的这些性质,才制造出功能多样的半导体器件。能源材料:广义的说,凡是能源工业及能源技术所需的材料都可称为能源材料。但在新材料领域,能源材料往往指那些正在发展的、可能支持建立新能源系统满足各种新能源及节能技术的特殊要求的材料。能源材料的分类在国际上尚未见有明确的规定,可以按材料种类来分,也可以按使用用途来分。大体上可分为燃料、能源结构材料、能源功能材料等几大类。按其使用目又可以把能源材料分成能源工业材料、新能源材料、节能材料、储能材料等大类。为叙述方便也经常使用混合的分类方法。目前比较重要的新能源材料有: 裂变反应堆材料,如铀、钚等核燃料、反应堆结构材料、慢化剂、冷却剂及控制棒材料等。聚变堆材料:包括热核聚变燃料、第一壁材料、氚增值剂、结构材料等。高能推进剂:包括液体推进剂、固体推进剂。燃料电池材料:如电池电极材料、电解质等。氢能源材料:主要是固体储氢材料及其应用技术。超导材料:传统超导材料、高温超导材料及在节能、储能方面的应用技术。太阳能电池材料。其它新能源材料:如风能、地热、磁流体发电技术中所需的材料。传感材料:可以代替人的感觉〔视觉、听觉、嗅觉、触觉、味觉〕的器件材料。对于视觉有光传感器,对于听觉有声传感器,对于嗅觉有气体传感器,对于触觉有温度传感器或声压力传感器。对于“味觉传感器”的研究较晚。能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置,通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。光刻胶;又称光致抗蚀剂,由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后,在曝光区能很快地发生光固化反应,使得这种材料的物理性能,特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。经适当的溶剂处理,溶去可溶性部分,得到所需图像。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂,品种较多。根据其化学反应机理和显影原理,可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶;反之,对某些溶剂是不可溶的,经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能,将光刻胶作涂层,就能在硅片表面刻蚀所需的电路图形。压电材料的物理特性及应用压电材料是一类具有压电物理特性的电介质,被制成转换元件广泛应用于压电式传感器上。压电效应表现为当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而发生变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷,当作用力的方向改变时,电荷的极性也随之改变,受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种现象称为正压电效应;相反,当在电介质的极化方向上施加交变电场,这些电介质也会发生机械变形,电场去掉后,电介质的机械变形随之消失,这种现象称为逆压电效应。正压电效应是把机械能转换为电能,逆压电效应是把电能转换为机械能。自然界中天然形成的石英晶体、人工制造的压电陶瓷和有机高分子材料都是压电效应比较明显的压电材料,其应用也很广泛。一、石英晶体的压电特性及其应用石英晶体俗称水晶,成分是二氧化硅,它是一个正六面体,有三个坐标轴,Z轴是晶体的对称轴,称为光轴,在这个方向上没有电压效应;X轴称为电轴,垂直于X轴晶面上的电压效应最明显;Y轴称为机械轴,在电场力的作用下沿此轴方向的形变最显著。用水晶制作压电石英薄片,在交变电场中,这种薄片的振动频率稳定不变,因此被广泛应用于无线电技术中,用来控制频率。彩色电视机等许多电器设备中都有用压电晶片制作的滤波器,以保证图像和声音的清晰度。装有压电晶体元件的仪器可以测试蒸汽机、内燃机及各种化工设备中压力的变化,测量管道中流体的压力。压电晶体还被广泛应用于声音的再现、记录和传送。压电式加速度传感器是一种测试加速度的装置,主要由两块压电晶片、质量块、弹簧和基座构成。测量时,传感器和被测物一起受到冲击振动时,压电元件受到质量块惯性力的作用。根据牛顿第二定律,此惯性力是加速度的函数,即:F=ma。这样,质量块就有一正比于加速度的应变力作用在压电晶片上,在压电晶片的两个表面上就产生交变电荷,输出电量由传感器输出端引出,可以根据输出电荷测试出试件的加速度。