压电传感器常用敏感材料对比

发布时间:2023-10-22
(1) 压电陶瓷
压电陶瓷是一种具有压电性能的陶瓷材料,它是由若干不同的氧化物,诸如氧化铝、氧化钡、氧化钛、氧化钠等,按照比例配合,经过成型、高温固相反应、烧结,最后合成制造出来的。它具有一种奇异的压电效应特性,即当受到微小外力作用时,能够把机械能转化为电能,当加上交变电压时,又会把电能变成机械能。
(2) 细晶粒压电陶瓷
以往的压电陶瓷是由几微米至几十微米的多畴晶粒组成的多晶材料,当把粒径减小至亚微米级时,可以改进材料的加工性,使基片可以做得更薄,提高阵列频率,降低换能器阵列的损耗,提高器件的机械强度,减小多层器件每层的厚度。减小粒径许多好处,但同时也带来了降低压电效应的影响。为了克服这种影响,人们更改了传统的掺杂工艺,使细晶粒压电陶瓷压电效应增加到与粗晶粒压电陶瓷相当的水平。近年来,人们用细晶粒压电陶瓷进行了切割研磨研究,并制作出了一些高频换能器、微制动器及薄型蜂鸣器(瓷片20-30um厚),证明了细晶粒压电陶瓷的优越性。随着纳米技术的发展,细晶粒压电陶瓷材料研究和应用开发仍是近期的热点。
(3) 压电性特异的多元单晶压电体
传统的压电陶瓷较其它类型的压电材料压电效应要强,从而得到了广泛应用。但作为大应力,高能换能材料,传统压电陶瓷的压电效应仍不能满足要求。于是近几年来,人们为了研究出具有更优异压电性的新压电材料,做了大量工作,现已发现并研制出了pb(a1/3b2/3)pbtio3单晶(a=zn2+,mg2+)。这类单晶的d33最高可达2600pc/n(压电陶瓷d33最大为850pc/n),k33可高达0.95(压电陶瓷k33最高达0.8),其应变大于1.7%,几乎比压电陶瓷应变高一个数量级。储能密度高达130j/kg,而压电陶瓷储能密度在10j/kg以内。现在美国、日本、俄罗斯和中国已开始进行这类材料的生产工艺研究,它的批量生产的成功必将带来压电材料应用的飞速发展。
压电材料
技术指标
优缺点
压电陶瓷(普通)
压电常数d33<600 pc/n;
纵向机电耦合系数k33最高达0.8;
灵敏度高使用方便简单;由几微米至几十微米的多畴晶粒组成的多晶材料,瓷片较厚,体积较大
细晶粒压电陶瓷
压电常数d33<550 pc/n;
纵向机电耦合系数k33最高达0.8;
晶粒材料为亚微米级,瓷片较薄(20-30um),但是成本较高
压电性特异的多元单晶压电体
d33最高可达2600pc/n;
k33最高达0.95;
应变>1.7%;
更优异的压电性;最新的工艺,成本过高
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