压电陶瓷发电的基础,必备.docx

电效应是某些介质在力的作用下产生形变时，在介质表面出现异种电荷的现象。实验表明，这种束缚电荷的电量与作用力成正比，而电量越多，相对应的两表面电势差（电压）也越大。这种神奇的效应已被应用到与人们生产、生活、军事、科技密切相关的许多领域，以实现力电转换等功能。例如用压电陶瓷将外力转换成电能的特性，可以生产出不用火石的压电打火机、煤气灶打火开关、炮弹触发引信等。此外，压电陶瓷还可以作为敏感材料，应用于扩音器、电唱头等电声器件；用于压电地震仪，可以对人类不能感知的细微振动进行监测，并精确测出震源方位和强度，从而预测地震，减少损失。利用压电效应制作的压电驱动器具有精确控制的功能，是精密机械、微电子和生物工程等领域的重要器件。可以说，压电陶瓷等器件不仅广泛应用于科技领域，还颇具“平民性”，对广大“烟民”来说，天天与压电陶瓷发生着“零接触”，却熟视无睹其存在。目前流行的一次性塑料打火机，有相当一部分是采用压电陶瓷器件来打火的。取出其中的压电打火元件，测量仪器压电打火机的电压陶瓷元件产生的瞬间电压用什么仪器可以测量呢？起初，我们试图用普通指针式多用电表直流高压挡测量，发现每次按动点火元件的黑色塑料压杆时，由于两个电极接出的电压只能使指针略微抖动一下。分析原因是，因为电压脉冲持续时间甚短，指针惯性较大，指针无法同步体现电压的变化做大幅偏转。换用数字显示型多用电表，本以为其无指针惯性影响，应该能读出瞬间高电压来，谁知事与愿违，我们根本看不到预想的高电压读数，只能看到一些变换不定的低电压数据。分析起来，这是由于液晶显示响应速度较慢，点火电压脉冲持续时间甚短，来不及显示最高瞬间电压，只能显示电压降落（较平缓阶段）过程中的某些随机电压读数。最后，我们搬出实验室的“重磅武器”示波器，再做一试。我们用的是实验室最普通的J2459型学生示波器，连接线为两条普通的带终鱼夹的导线。从理论上讲，示波器是利用电子束偏转后打在荧光屏上显示光点移动的，电子束惯性极小，应该能“跟踪”上点火高压脉冲的变化，实验结果不出所料。测量把示波器交直流选择开关置于“DC”挡，扫描范围置于“10100kHz”挡，用X移位和Y移位将水平亮线移到方格坐标的中央部，置X轴上。为了能估测压电效应的最高电压幅值，我们必须先用荧光屏前的方格坐标系，定出电压标尺：利用接在示波器Y输入接线柱上的两根导线，把一节干电池的1.5V电压加在示波器上，衰减放在1，Y增益放在最低，可以发现刚才的水平亮线上跳（或下跳）两格左右，即此时两格代表1.5V电压。在Y增益不变的情况下，再将Y衰减放在1000（即千分之一）挡，荧光屏前方格坐标的两格就可以代表1500V了。将Y输入接线柱上的两根馈线的鳄鱼夹分别接在压电打火机压电元件的两个电极上，迅速按下其黑色塑料压杆，可以看到原来位于中央高度的水平亮线向上（或向下）跳动又恢复原位。由于荧光屏的余晖作用，水平亮线在示波器上显现的是一条高度达四格的亮带，这表明该脉冲的电压幅值在3000V以上。如果想观察这个电压脉冲的波形，可以每次按动压杆的同时，细心调节示波器“扫描微调”旋钮（事先将扫描范围换到“10100Hz”挡），我们可以在荧光屏上看到如图2所示的波形，其电压上升较陡，降低较平缓，峰值在四格以上。将示波器的衰减挡置于1000挡，扫描范围置于“10100Hz”挡，“扫描微调”左旋到底，即扫描频率为10Hz，调节“X增益”和“X移位”旋钮，使X轴扫描线充满10格，那么每一格代表1/101/10s，即0.01按下压电元件的黑色塑料压杆，可以看到压电脉冲持续一格，如图3所示，即对应于0.01s，也就是说，该脉冲持续时间约为0.01s。由于荧光屏的余晖作用，水平亮线在示波器上显现的是一条高度达四格的亮带，这表明该脉冲的电压幅值在3000V以上有一类十分有趣的晶体，当你对它挤压或拉伸时，它的两端就会产生不同的电荷。这种效应被称为压电效应。能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。水晶（-石英）是一种有名的压电晶体。发电和变压如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。这种逆压电效应在科学技术中已得到了广泛的应用。用水晶可以制作压电石英薄片，其面积不过数平方毫米，厚度则只有零点几毫米。别小看这小小的晶片，它在无线电技术中却发挥着巨大作用。如前所述，在交变电场中，这种薄片的振动频率丝毫不变。这种稳定不变的振动正是无线电技术中控制频率所必须的，你家中的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，保证了图像和声音的清晰度。你手上戴的石英电子表中有一个核心部件叫石英振子。就是这个关键部件保证了石英表比其他机械表更高的走时准确度。装有压电晶体元件的仪器使技术人员研究蒸汽机、内燃机及各种化工设备中压力的变化成为现实。利用压电晶体甚至可以测量管道中流体的压力、大炮炮筒在发射炮弹时承受的压力以及炸弹爆炸时的瞬时压力等。压电晶体还广泛应用于声音的再现、记录和传送。安装在麦克风上的压电晶片会把声音的振动转变为电流的变化。声波一碰到压电薄片，就会使薄片两端电极上产生电荷，其大小和符号随着声音的变化而变化。这种压电晶片上电荷的变化，再通过电子装置，可以变成无线电波传到遥远的地方。这些无线电波为收音机所接收，并通过安放在收音机喇叭上的压电晶体薄片的振动，又变成声音回荡在空中。是不是可以这样说，麦克风中的压电晶片能“听得见”声音，而扬声器上的压电晶体薄片则会“说话” 或“唱歌”。我的理解：压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。现有种类：细晶粒压电陶瓷PbTiO3系压电材料压电陶瓷-高聚物复合材料压电性特异的多元单晶压电体变压器方面可以同样用压电材料压电材料作为换能器使用时需要有