摘要：壓電材料具有一定的條件反射以及指令分析能力，在智能材料系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景。本文結(jié)合壓電材料的種類及應(yīng)用，重點(diǎn)分析了我國(guó)壓電材料的發(fā)展現(xiàn)狀。

壓電材料是具有壓電效應(yīng)材料的總稱，屬于具有特殊效應(yīng)的新型復(fù)合材料。近年來(lái)，在化工、機(jī)械、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速，逐漸成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要新技術(shù)新材料。同時(shí)，馳豫型鐵電單晶、壓電復(fù)合材料、高居里溫度壓電陶瓷、三元及多元系壓電陶瓷、壓電薄膜、細(xì)晶粒壓電陶瓷、無(wú)鉛壓電陶瓷等均成為了國(guó)內(nèi)外壓電材料行業(yè)主要研發(fā)熱點(diǎn)。

壓電材料可分無(wú)機(jī)壓電材料及有機(jī)壓電材料，產(chǎn)品種類多

壓電材料指在壓力作用下，兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。根據(jù)材料的性能不同，一般分無(wú)機(jī)壓電材料及有機(jī)壓電材料兩大類。其中，無(wú)機(jī)壓電材料包括壓電晶體及壓電陶瓷。相比而言，壓電晶體介電常數(shù)低、穩(wěn)定性高、機(jī)械品質(zhì)因子高，常見的有水晶、鍺酸鋰、鎵酸鋰等。壓電陶瓷壓電性能強(qiáng)、介電常數(shù)高、穩(wěn)定性差、電損耗較大，常見的有鈦酸鋇BT、改性鈦酸鉛PT、鋯鈦酸鉛PZT等。此外，壓片陶瓷工藝較為復(fù)雜，生產(chǎn)過(guò)程中需完成配料、混合磨細(xì)、預(yù)燒、二次磨細(xì)、造粒、成形、排塑、燒結(jié)成瓷、外形加工、被電極、高壓極化、老化測(cè)試等工藝，產(chǎn)品種類較多，包括分割電極方片、單面引線電極、分割電極等。有機(jī)壓電材料又稱壓電聚合物，該類材料具有密度低、柔韌度高、阻抗力低、壓電電壓常數(shù)高等優(yōu)勢(shì)，在水聲、超聲、電聲等領(lǐng)域應(yīng)用較廣。

表1 常見的壓電材料分類

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壓電材料可用作能量轉(zhuǎn)換器，國(guó)內(nèi)外壓電材料的應(yīng)用不斷取得突破

壓電材料可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，常用于制造換能器，可以分為震動(dòng)能—電能轉(zhuǎn)換器和超聲振動(dòng)能—電能轉(zhuǎn)換器兩大類，包括水能換能器、電能換能器、超聲換能器。此外，壓電材料在傳感器、驅(qū)動(dòng)器、新能源技術(shù)上均有應(yīng)用。換能器的應(yīng)用，可應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)麥克風(fēng)、高頻揚(yáng)聲器、立體聲耳機(jī)等。壓電材料用于壓力傳感器方面，可用于生產(chǎn)干式壓力傳感器。與普通傳感器相比，整體性能有所提高，具體表現(xiàn)為反應(yīng)速度快、滯后差、抗過(guò)載能力強(qiáng)、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、耐溫耐腐蝕強(qiáng)度大，為傳感器行業(yè)技術(shù)水平邁進(jìn)新的里程碑。新能源技術(shù)方面，美國(guó)開發(fā)了將壓電材料應(yīng)用生產(chǎn)壓電發(fā)電鞋，推進(jìn)了鞋子發(fā)電的創(chuàng)新應(yīng)用。此外，在歐洲地區(qū)，將壓電技術(shù)應(yīng)用于路面或地板鋪設(shè)中，車輛通過(guò)時(shí)可通過(guò)路面振動(dòng)產(chǎn)生電能，該電能可提供至儲(chǔ)能裝置加以儲(chǔ)存及利用。在我國(guó)，將壓電材料用于發(fā)電公路的建設(shè)中處于發(fā)展階段，西安交通大學(xué)發(fā)明的利用震動(dòng)能量壓電的方法已經(jīng)取得初步進(jìn)展。

表2 傳統(tǒng)壓力傳感器與干式壓力傳感器性能對(duì)比

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航空航天智能制造裝備在產(chǎn)業(yè)升級(jí)中作用重大，國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)一大批高端制造裝備企業(yè)

近年來(lái)，隨著研究不斷深入，壓電材料的應(yīng)用受到國(guó)內(nèi)外企業(yè)的極大重視，被譽(yù)為21世紀(jì)最具應(yīng)用潛能的材料之一。壓電材料頻響范圍寬、精密度高，逐漸通過(guò)正逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能控制。在我國(guó)，涌現(xiàn)了一大批壓電材料研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)。天津大學(xué)及中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所在對(duì)于壓電材料的應(yīng)用研究從未間斷。此外，無(wú)錫市惠豐電子有限公司、中船重工海聲科技有限公司、寶應(yīng)縣電子陶瓷廠等對(duì)于壓電陶瓷用品的生產(chǎn)種類豐富，從壓電陶瓷元件、壓電陶瓷片到壓電陶瓷頻率器件瓷片。東莞市吉松泰鎢鉬材料有限公司、深圳市中科晶電子有限公司等對(duì)于壓電晶體的研發(fā)生產(chǎn)投入力度不斷加大，生產(chǎn)研發(fā)不同振頻聲表面波器件。

表3 我國(guó)壓電傳感器主要生產(chǎn)企業(yè)

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結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷進(jìn)步，在機(jī)械、化工、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域?qū)Σ牧辖Y(jié)構(gòu)的要求不斷提高。傳統(tǒng)材料性能不能隨著外部需求的改變而適當(dāng)調(diào)整，壓電材料憑借較高的智能控制能力，受到了廣泛關(guān)注。根據(jù)不同的性能，壓電材料種類較多，包括壓電晶體、壓電陶瓷、壓電復(fù)合材料等。此外，壓電材料可通過(guò)正逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能控制，其應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外不斷取得進(jìn)步。在我國(guó)，涌現(xiàn)出一大批技術(shù)過(guò)硬、研發(fā)能力強(qiáng)的研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)，例如天津大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、中船重工海聲科技有限公司等。