壓電陶瓷是一能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料。壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在受到機(jī)械壓力時(shí)，哪怕這種壓力微小得像聲波振動(dòng)那樣小，都會(huì)產(chǎn)生壓縮或伸長(zhǎng)等形狀變化，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。
1880年法國(guó)人居里兄弟發(fā)現(xiàn)了"壓電效應(yīng)"。1942年，壓電陶瓷材料--鈦酸鋇先后在美國(guó)、前蘇聯(lián)和日本制成。1947年，鈦酸鋇拾音器--壓電陶瓷器件誕生了。50年代初，又一種性能大大優(yōu)于鈦酸鋇的壓電陶瓷材料--鋯鈦酸鉛研制成功。從此，壓電陶瓷的發(fā)展進(jìn)入了新的階段。60年代到70年代，壓電陶瓷不斷改進(jìn)，逐趨完美。如用多種元素改進(jìn)的鋯鈦酸鉛二元系壓電陶瓷，以鋯鈦酸鉛為基礎(chǔ)的三元系、四元系壓電陶瓷也都應(yīng)運(yùn)而生。這些材料性能優(yōu)異，制造簡(jiǎn)單，成本低廉，應(yīng)用廣泛。
80年代后期至今，人們研制出馳豫鐵電體陶瓷材料，在此基礎(chǔ)上有成功研制出馳豫鐵電體單晶材料，為三維超聲波成像奠定了基礎(chǔ)。目前，人們將納米技術(shù)應(yīng)用到壓電材料的制作工藝上已取得新的突破。
目前，世界各國(guó)正在大力研制開發(fā)無(wú)鉛壓電陶瓷，以保護(hù)環(huán)境和追求健康，預(yù)計(jì)2008后形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
壓電陶瓷應(yīng)用
利用壓電陶瓷將外力轉(zhuǎn)換成電能的特性，可以制造出壓電點(diǎn)火器、移動(dòng)X光電源、炮彈引爆裝置。用兩個(gè)直徑3毫米、高5毫米的壓電陶瓷柱取代普通的火石，可以制成一種可連續(xù)打火幾萬(wàn)次的氣體電子打火機(jī)。用壓電陶瓷把電能轉(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)，可以用來(lái)探尋水下魚群的位置和形狀，對(duì)金屬進(jìn)行無(wú)損探傷，以及超聲清洗、超聲醫(yī)療，還可以做成各種超聲切割器、焊接裝置及烙鐵，對(duì)塑料甚至金屬進(jìn)行加工。
壓電陶瓷對(duì)外力的敏感使它甚至可以感應(yīng)到十幾米外飛蟲拍打翅膀?qū)諝獾臄_動(dòng)，并將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。利用壓電陶瓷的這一特性，可應(yīng)用于聲納系統(tǒng)、氣象探測(cè)、遙測(cè)環(huán)境保護(hù)、家用電器等方面。
在潛入深海的潛艇上，都裝有人稱水下偵察兵的聲納系統(tǒng)。它是水下導(dǎo)航、通訊、偵察敵艦、清掃敵布水雷的不可缺少的設(shè)備，也是開發(fā)海洋資源的有力工具，它可以探測(cè)魚群、勘查海底地形地貌等。在這種聲納系統(tǒng)中，有一雙明亮的"眼睛"--壓電陶瓷水聲換能器。當(dāng)水聲換能器發(fā)射出的聲信號(hào)碰到一個(gè)目標(biāo)后就會(huì)產(chǎn)生反射信號(hào)，這個(gè)反射信號(hào)被另一個(gè)接收型水聲換能器所接收，于是，就發(fā)現(xiàn)了目標(biāo)。目前，壓電陶瓷是制作水聲換能器的較佳材料之一。
在醫(yī)學(xué)上，醫(yī)生將壓電陶瓷探頭放在人體的檢查部位，通電后發(fā)出超聲波，傳到人體碰到人體的組織后產(chǎn)生回波，然后把這回波接收下來(lái)，顯示在熒光屏上，醫(yī)生便能了解人體內(nèi)部狀況。
在工業(yè)上，地質(zhì)探測(cè)儀里有壓電陶瓷元件，用它可以判斷地層的地質(zhì)狀況，查明地下礦藏。還有電視機(jī)里的變壓器--電壓陶瓷變壓器，它體積變小、重量減輕，效率可達(dá)60%～80%，能耐住3萬(wàn)伏的高壓，使電壓保持穩(wěn)定，完全消除了電視圖象模糊變形的缺陷。
在航天領(lǐng)域，壓電陶瓷制作的壓電陀螺，是在太空中飛行的航天器、人造衛(wèi)星的"舵"。依靠"舵"，航天器和人造衛(wèi)星，才能其既定的方位和航線。小巧玲瓏的壓電陀螺靈敏度高，可靠性好。
在玩具小狗的肚子中安裝壓電陶瓷制作的蜂鳴器，玩具都會(huì)發(fā)出逼真有趣的聲音。
壓電陶瓷在汽車上應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在汽車的制動(dòng)器活塞里安裝一種簡(jiǎn)單的壓電陶瓷致動(dòng)器，向內(nèi)部制動(dòng)杉?jí)K的支撐板施加“抖動(dòng)”頻率，有效抑制產(chǎn)生尖利噪音的振動(dòng)，從而能在溫度濕度變化和剎車系統(tǒng)正常磨損的情況下發(fā)揮作用。
壓電陶瓷也可用作汽車的壓電陶瓷爆震傳感器、超聲波傳感器、加速度傳感器等類別。壓電陶瓷在汽車燃油系統(tǒng)的噴油器上應(yīng)用目前處于較前沿的開發(fā)階段。
隨著高新技術(shù)的發(fā)展，壓電陶瓷的應(yīng)用必將越來(lái)越廣闊。除了用于高科技領(lǐng)域，它更多的是在日常生活中為人們眼務(wù)，為人們創(chuàng)造更美好的生活。
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