前言

壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的信息功能陶瓷材料，壓電陶瓷除具有壓電性外， 還具有介電性、彈性等， 已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達(dá)等。

除了應(yīng)用于高科技領(lǐng)域， 壓電陶瓷在日常生活中應(yīng)用也不少。例如，我們身邊抽煙的朋友不少，一般情況下會(huì)兜里都會(huì)裝個(gè)打火機(jī)，現(xiàn)在常用的打火機(jī)大多數(shù)都是由壓電陶瓷通過尖端放電點(diǎn)燃的。

下圖是打火機(jī)的點(diǎn)火裝置實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)示意圖，我們看到它里面用到了兩粒柱狀壓電陶瓷。當(dāng)我們按壓打火按鈕時(shí)，彈簧會(huì)推動(dòng)一個(gè)重錘打擊壓電陶瓷柱，產(chǎn)生一數(shù)千伏的高壓火花，點(diǎn)燃可燃?xì)怏w。

壓電陶瓷的應(yīng)用

壓電陶瓷的應(yīng)用十分廣泛。大體說來，可分為頻率控制、換能傳感和光電器件等方面。

1、壓電陶瓷頻率控制器件

壓電頻率控制器件有濾波器、諧振器和延遲線等，這類器件使用于道倍機(jī)、微機(jī)、彩電延遲電路等中。壓電陶瓷片（壓電振子）在外加交變電壓作用下，會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械振動(dòng)。在一般情況下這種振動(dòng)的振幅很小，但是當(dāng)所加電壓的頻率與壓電振子的固有機(jī)械振動(dòng)頻率相同時(shí)會(huì)引起共振，振幅大大增加。這時(shí)，交變電場通過逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)變，而應(yīng)變又通過正壓電效應(yīng)產(chǎn)生電流，電能和機(jī)械能最大限度地互相轉(zhuǎn)換，形成振蕩。利用壓電振子這一特點(diǎn)，可以制造各種濾波器、諧振器等，其頻率穩(wěn)定性好，精度高，適用頻率范圍寬，體積小，不吸潮，壽命長，特別是在多路通信設(shè)備中能提高抗干擾性，所以目前已取代了相當(dāng)大一部份電磁振蕩器和濾波器，而且這一趨勢還在不斷發(fā)展中。

2、壓電換能器

壓電換能器是利用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能和聲能的相互轉(zhuǎn)化。壓電超聲換能器就是其中的一種， 它是水下發(fā)射和接收超聲波的水聲器件。處于水中的壓電換能器在聲波的作用下， 換能器兩端會(huì)感應(yīng)出電荷來， 這就是聲波接收器；若在壓電陶瓷片上施加一個(gè)交變電場， 陶瓷片就會(huì)時(shí)而變薄時(shí)而變厚， 同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)， 發(fā)射聲波， 這就是超聲波發(fā)射器。壓電換能器在工業(yè)中還被廣泛用作水中導(dǎo)航、海洋探測、精密測量、超聲清洗、固體探傷以及醫(yī)學(xué)成像、超聲診斷、超聲疾病治療等方面。當(dāng)今壓電超聲換能器的另一個(gè)應(yīng)用的領(lǐng)域是遙測和遙控系統(tǒng)， 其具體應(yīng)用實(shí)例主要有：壓電陶瓷蜂鳴器、壓電點(diǎn)火器、超聲顯微鏡等。

3、光電方面的應(yīng)用

壓電陶瓷除具有壓電效應(yīng)外，還有熱釋電效應(yīng)、光彈、光電效應(yīng)。這方面應(yīng)用器件有：光調(diào)制器、光閥、電光顯示、光信息儲(chǔ)存、映象儲(chǔ)存和顯示、電控多色濾波器。透明鐵電壓電陶瓷（PLZT）是一種很有價(jià)值的新型電子材料，開辟了壓電陶瓷材料在電光應(yīng)用上的發(fā)展，其具有易于加工成各種不同尺寸和形狀的制品，控制組成性質(zhì)可變范圍寬，成本低等特點(diǎn)。

4、壓電驅(qū)動(dòng)器

壓電驅(qū)動(dòng)器由壓電陶瓷材料鋯鈦酸鉛（PZT）制造而成。如果采用單板型壓電陶瓷PZT，1cm厚的PZT要想得到10微米左右的驅(qū)動(dòng)位移，則兩端需要施加5KV的電壓。給PZT施加如此高的電壓，可能會(huì)使絕緣擊穿而引起機(jī)械破壞。因?yàn)閴弘娞沾傻淖冃瘟颗c厚度無關(guān)，由此人們開發(fā)出了層疊式壓電驅(qū)動(dòng)器。將壓電陶瓷做成很薄的薄片（現(xiàn)在已經(jīng)能制造出0.05毫米壓電陶瓷薄片），將多片壓電陶瓷基片，采用機(jī)械上串連、電路上并連，然后燒結(jié)在一起的方式制成。這樣，給它施加數(shù)百伏的電壓便可得到很大的驅(qū)動(dòng)位移。在應(yīng)用中，人們還開發(fā)出了體積小、無機(jī)械摩擦、無間隙、運(yùn)動(dòng)靈敏度高的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)用于位移放大。

5、微定位器

微定位器主要用于微米級(jí)及亞微米級(jí)精度的定位控制，如光學(xué)儀器的生產(chǎn)，光纖對(duì)接，高精度三維微動(dòng)臺(tái)，高精度機(jī)加工及隧道效應(yīng)的研究等。在定位技術(shù)中，傳統(tǒng)的定位裝置，如滾動(dòng)或滑動(dòng)導(dǎo)軌、精密螺旋楔塊機(jī)構(gòu)、渦輪-凹輪機(jī)構(gòu)、齒輪-杠桿式機(jī)構(gòu)等機(jī)械傳動(dòng)式微位移驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成定位機(jī)構(gòu)，由于存在著較大的間隙和摩擦，所以無法實(shí)現(xiàn)超精密定位。而采用壓電驅(qū)動(dòng)器結(jié)合柔性鉸鏈放大機(jī)構(gòu)，可以克服上述缺點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)微納米級(jí)的超精密定位。

6、超聲馬達(dá)

超聲馬達(dá)是一種新型電機(jī)，它是靠壓電陶瓷材料作為驅(qū)動(dòng)器。在交變電場下，陶瓷產(chǎn)生伸縮現(xiàn)象，在彈性體中激發(fā)某種類型的超聲頻率振動(dòng)和波動(dòng)時(shí)，彈性體的表面借助于摩擦力，推動(dòng)與其接觸的物體運(yùn)動(dòng)。通常要通過各種振動(dòng)模式轉(zhuǎn)換與復(fù)合，壓電馬達(dá)才能將壓電體的簡單伸縮模式變成需要的可用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)模式。

7、振動(dòng)主動(dòng)控制

振動(dòng)主動(dòng)控制利用了壓電陶瓷的智能功能（壓電陶瓷既能感知噪聲信號(hào)，又能發(fā)出與噪聲信號(hào)相位相反、強(qiáng)度相等的聲信號(hào)，以抵消噪聲的功能），它主要用于飛機(jī)、潛水艇、軍用車輛的噪聲主動(dòng)控制，是一項(xiàng)很有用途的高新技術(shù)，在未來的軍事領(lǐng)域?qū)⑵鹬苤匾淖饔谩?/span>

8、超聲醫(yī)療

壓電超聲醫(yī)療儀中應(yīng)用最廣的是B型超聲診斷儀。這種診斷儀中有用壓電陶瓷制成的超聲波發(fā)生探頭，它發(fā)出的超聲波在人體內(nèi)傳輸，體內(nèi)各種不同組織對(duì)超聲波有不同的反射和透射作用。反射回來的超聲波經(jīng)壓電陶瓷接收器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并顯示在屏幕上，據(jù)此可看出各內(nèi)臟的位置、大小及有無病變等。B型超聲診斷儀通常用來檢查內(nèi)臟病變組織（如腫塊等）。壓電陶瓷還可應(yīng)用于超聲治療。進(jìn)入人體的超聲波達(dá)到某一強(qiáng)度時(shí)，能使人體某一部分組織發(fā)熱、輕微振動(dòng)，起到按摩推拿作用，達(dá)到治療的目的，如用于治療關(guān)節(jié)、肌肉及其他軟組織的創(chuàng)傷和勞損。此外，還可用超聲波粉碎體內(nèi)結(jié)石，如膽結(jié)石、腎結(jié)石、尿路結(jié)石等。

總結(jié)

作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的主要功能材料，壓電陶瓷憑借著眾多優(yōu)勢得到諸多高新產(chǎn)業(yè)的青睞，如電子技術(shù)、航空航天、生物研究等。相信隨著相關(guān)技術(shù)水平提高，壓電陶瓷材料質(zhì)量將會(huì)得到更大提升，并在更多行業(yè)中得到應(yīng)用，通過自身優(yōu)勢推動(dòng)材料發(fā)展。

參考來源：

[1]賀興輝等.壓電陶瓷材料的應(yīng)用與發(fā)展分析

[2]程仁志等.壓電陶瓷的應(yīng)用進(jìn)展與發(fā)展趨勢

[3]程院蓮等.壓電陶瓷應(yīng)用研究進(jìn)展