铁电陶瓷的挠曲电效应产生机理和应用研究

发布时间：2021-03-22 07:18

　　含铅压电陶瓷材料由于具有较好的压电性能,被广泛应用在传感器、驱动器和能量采集等器件中。但是随着时代的发展,铅元素对人体和环境可造成不可修复的危害越来越被人们关注,在欧洲的一些国家已经开始限制铅元素在电子元器件中的使用,所以压电材料的无铅化是时代潮流发展的结果。另一方面,由于汽车工业、航空航天工业的快速发展,压电材料的高温稳定性也越来越被重视。但是,目前无铅压电陶瓷材料的压电性能还是低于含铅压电材料。而且,使用传统化学掺杂的方法往往在提高压电材料性能的同时会降低其性能的温度稳定性。利用材料的挠曲电效应来设计挠曲电压电复合材料为解决上述问题提供了一种新思路。现阶段对材料挠曲电性能的开发研究中发现,铁电材料的挠曲电性能比理论上预测的要大3到8个数量级,巨大挠曲电系数的发现引起了研究者们对挠曲电效应在实际中应用的极大兴趣。目前对材料挠曲电效应的研究中,无论是挠曲电效应的增强方法,还是挠曲电效应的机理研究,甚至是挠曲电效应的应用设计等都取得了长足进展。但是,迄今为止,关于挠曲电现象仍有一些问题需要我们继续研究。首先是挠曲电效应的来源机理,现在关于铁电材料中的实测挠曲电系数远远大于其理论值的机理解... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：118 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１晶体材料的压电效应示意图；（ａ）无外力作用下的晶体材料正、负电荷??中心重合，无感应电信号；（ｂ）在压应力作用的晶体材料正、负电荷中心分??

?（１－５）??其中，＆？是弹性应为，ｄ馬／ｄｘｆｃ是电场均在＆方向上的电场梯度。材料中??的挠曲电效应可以用图１．２来解释，如图１．２?（ａ）所示当具有对称中心的材料受??到外力作用而产生均匀应变时，由于材料发生对称形变正、负电荷中心并不分离，??不能产生感应电学信号；但是当材料在产生不均匀应变时，如图１．２?（ｂ）所示，??比如在外力作用下发生弯曲变形，在其厚度方向产生应变梯度，材料的正、负电??荷中心发生分离，从而材料整体表现出具有一定的感应电学信号现象１３６］。??（ａ）?（ｂ）??ｍ１?ＦＴ！??６——（Ｓ）丨Ｏ?Ｐ：〇?Ｐ＾Ｏ??ｋ???图１．２中心对称结构材料的挠曲电效应微观机理示意图；（ａ）材料发生均??匀形变，正、负电荷中心重合，无感应电信号；（ｂ）材料发生不均匀形变，??＇?正、负电荷中心分离，产生感应电信号。??挠曲电效应是一种普遍存在的物理现象，由于应变梯度本身就可以打破材料??１５??

主要是因为在实际测量时挠曲电响应信号太微弱［３２，３９，６Ｑ］。虽然有些研究工??作在实验上证实了挠曲电现象的存在，但是挠曲电系数的大小仍然很难被测量出??来［１（）］。图１．４表示的是一种测量纵向挠曲电系数的经典方法，此方法就是Ｍａ和??１７??

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3093867