電致和磁致伸縮材料的功能

電致和磁致伸縮材料的功能電致材料電致伸縮效應產生的應變正比于電場強度或極化強度的平方的現(xiàn)象由于電致伸縮效應引起的應變與外加電場的方向無關,所以一般固體電介質都能產生電致伸縮效應。電致伸縮材料要求加一個不太強的電場,能夠產生足夠大的應變,而且應變與電場的關系沒有滯后,重復性好,同時還要求溫度效應小為此,應中選擇介電常數(shù)大并屬于(BaPZT),摻翻的鋯酸鉛〔LaPZT。2 2電致伸縮材料的進展方向一、多元化壓電陶瓷按其所組成的固溶體的化合物成分構成可分為一元系壓電陶瓷,如鈦酸鋇(BaTiO)、鈦酸鉛(PbTiO)和偏鈮酸鉛(Pb(NbO))等;二元系壓電陶瓷,3 3 32如目前使用最多的鋯鈦酸鉛(xPbZrO-(1-x)PbTiO或Pb(ZrTiO3 3 x 1-x3使用最為廣泛的PZT系列壓電陶瓷;三元系及多元系壓電陶瓷,通常是在具有鈣PZTABO3

型化合物而數(shù)的壓電陶瓷,以滿足不同的市場需求。PZT溫度范圍寬,而且PbO揮發(fā)也少,陶瓷的工藝重現(xiàn)性好,易獲得氣孔率少的致密陶瓷體,可獲得具有高機械強度和電氣性能,及在某些方面有顯著特點的壓電陶瓷。因此多元系壓電陶瓷已成為眾多爭論機構開發(fā)熱點之一,已開發(fā)的品種可達PZN-PNN-PZT元系壓電陶瓷方面已取得很大進展。二、精細化承受微細粉制備壓電鐵電陶瓷,可極大地提高其各方面的機械性能和電氣性能。近幾年來,很多國家都在樂觀開展高技術陶瓷及其粉體工藝的爭論和生產。高技術陶瓷在日本被稱為精細陶瓷,是繼金屬和塑料之后的第三代材料。據商本是精細陶瓷的爭論和生產大國,市場應當比美國更為巨大,我國政府把精細陶粉體的生產加工落后,表達在專用粉體生產缺乏,產量低,質量穩(wěn)定性差,這是我感元件所需粉體的專業(yè)生產企業(yè)仍很缺乏。三、單晶化單晶壓電體因其特別的組織構造而表現(xiàn)出與多晶體很大的材料性能方面的差異。最初的單晶壓電體SiO、LiNbO、LiTaO已廣泛應用于振蕩器、聲外表波2 3 3器件等領域,但與PZT陶瓷相比,這些單晶體的壓電性能較差,難有更廣泛的應用。1997TRSSeung2EekParkPMN-PTPZN-PT單晶,這些單晶體表現(xiàn)出優(yōu)異性能,引起了該領域的猛烈震驚,被稱為“鐵電SCIENCE》作了特別報道,海硅酸鹽所用改進的BridemanPMNTk0164。單晶壓電體具有格外優(yōu)異的壓電性及電致伸縮性,顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的PZT及PZNT空調、汽車飛機等的振動掌握。四、微膜化微機電系統(tǒng)是一個應用前景寬闊的興技術領域,而微驅動器是微機電系統(tǒng)的關鍵技術之一。傳統(tǒng)的壓電材料及工藝因受到尺寸的限制,很難適應電子器件PZT薄膜已成現(xiàn)實,利用其壓電特性已制作出各種微型傳感器、微型驅動器,其中壓電微電機作為一種型薄膜制備工藝都可用于制備壓電薄膜,從目前報道的文獻來看,濺射法、溶膠-凝3能受濺射時的氣壓、襯底溫變、氣體流量、濺射功率等因素的影響較大、溶膠-凝膠法已廣泛用于制備各種壓電薄膜,其制備大于10μm的厚膜較困難。水熱法10μmPZTPb(NOZrOClKOH32 2Ti,PZTTi由襯底供給,把這些材料放在高壓釜中,160C48h607Pa950Pa,并使高壓釜旋轉,可獲得無針孔的PZT壓電薄膜。五、綠色化傳統(tǒng)的壓電鐵電陶瓷,大多是含鉛陶瓷,其中氧化鉛(或四氧化三鉛)約占原料總質量的70%。含鉛壓電鐵電陶瓷在制備、使用過程中,都會給環(huán)境和人類帶BaTiO3

BaMO或3K(Nb,Ta)O3

組成的二元系陶瓷;以NaNbO3

A2+NbO6

B2+TiO3

組成的二元系陶瓷;(Ba1/2

N(1/2)

)TiO(BNTSemolensky3和社會可持續(xù)進展戰(zhàn)略的實施,環(huán)境協(xié)調型壓電鐵電陶瓷的爭論必將進一步深待陶瓷材料科學家和相關科技人員的不懈努力。磁致伸縮材料磁致伸縮效應所謂磁致伸縮是鐵磁物質(磁性材料〕由于磁化狀態(tài)的轉變，其尺寸在各方〔或縮短去掉外磁場后，其又恢復原來的長度，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮現(xiàn)象〔或效應〕。磁致伸縮材料造有用的功能器件與設備。為此人們爭論和進展了一系列磁致伸縮材料，主〔Ni〕基合金Ni－CoNi－Co－Cr〕和鐵基合金〔如Fe－NiFe－Al金，F(xiàn)e－Co－V〕和鐵氧體磁致伸縮材料，如Ni－CoNi－Co－Cuλ值〔在20—80ppm之間〔Pb，Zr，Ti〕C03，〔簡稱為PZT〕，其電致伸縮系數(shù)比金屬與合金的大約200—400ppm展的稀土金屬間化合物磁致伸縮材料，例如以〔Tb，Dy〕Fe2Tbo0．3Dy0．7Fe1．95〔下面簡稱TbDy—Fe〕的λ到達λ1~2縮材料。特點料是佼佼者，它具有以下優(yōu)點：磁致伸縮應變λ比純Ni大50倍，比PZT材料大5—25倍比純Ni和Ni－Co合金高400~800倍比PZT材料高14~30倍；磁致伸縮應變時產生的推力很大，直徑約?l0mm的Tb－Dy－Fe的棒材，磁致伸縮時產生約200公斤的推力：能量轉換效率〔用機電耦合系數(shù) K33表示〕高達70％，而Ni基合金僅有16％，PZT材料僅有40~60％；其彈性模量隨磁場而變化，可調控；響應時間〔由施加磁場到產生相應的應變 λ所需的時間稱響應時間〕僅百萬分之一秒，比人的思維還快；頻率特性好，可在磁致伸縮性能不隨時間而變化，無疲乏，無過熱失效問題。技術上的應用或在交變磁場作用可發(fā)生反復伸張與縮短，從而產生振動或聲波，這種材料相反也可以將機械能〔或機械位移與信息〕。轉換成電磁能〔或電磁信息〕，它是重要的能量與信息轉換功能材料。它在聲納的水聲換能器技術，電聲換等高技術領域有廣泛的應用前景。海洋占地球面積的70％，海洋是人類生命的源泉，但是人類對海洋的大局部還缺乏了解。21世紀是海洋世紀，人類的生活、科學試驗和資源的獲及將漸漸的從山陸地轉移到海洋。而艦艇水下移動通訊、海水溫度、海流、海底地形地貌的探測就需要聲納系統(tǒng)。聲納是一個浩大的系統(tǒng)，它包括聲放射系統(tǒng)，反射聲的接收系統(tǒng)，將回聲信息轉變成電信息與圖像，以及圖像識別系統(tǒng)等。其中聲放射系統(tǒng)中的水聲放射換能器及其材料是關鍵技術之一。過的水聲換能器的頻率高〔20kHz〕，同時放射功率小，體積大，笨重。另外隨艦艇隱身技術的進展，現(xiàn)代艦艇可吸取頻率在3．0kHz起到隱身的作用。各工業(yè)興旺國家都正在大力進展低頻〔頻率為幾十至 2023赫茲〕，大功率〔聲源級約220dB〕的聲納用或水聲對抗用放射水聲換能器，并已用于裝備海軍。低頻可打破敵方艦艇的隱身技術，大功率可探測更遠距離的目標，同時體積小，重量輕，可提高艦艇的作戰(zhàn)力量。低頻大功率是聲納用和水聲對抗用放射水聲換能器今后的進展方向。而制造低頻大功率水聲放射換能器的關鍵材料是稀土超磁致伸縮材料。進展稀土超磁致伸縮材料對進展聲納技術、水聲對抗技術、海洋開發(fā)與探測技術將起到關鍵性作用。日本已用稀土超磁致伸縮材料來制造海洋聲學斷層分析系統(tǒng) OAT〔Ocean〕和海洋氣候聲學溫度測量系統(tǒng)ATOC〔TheAcousticThermometryofOceanclimate〕的水聲放射換能器，其信號可放射到1000km應用用該材料可制造超大功率超聲換能器。過去的超聲換能器主要是用壓電陶瓷〕材料來制造。它僅能制造小功率〔≤2．0kW〕的超聲波換能器，國外已用稀土超磁致伸縮材料來制造出超大功率〔6—25kW〕的超聲波換能器。超大功率超聲波技術可產生低功率超聲技術所不能產生的物理效應和的用途，如它可使廢舊輪胎脫硫再生，可使農作物大幅度增產，可加速化工過程可用于波動采油，可提高油井的產油量達20％~100％，可促進石油工業(yè)的進展；用該材料制造的薄型〔平板型〕喇叭，振動力大，音質好，高保真，可使樓板、墻體、桌面、玻璃窗振動和發(fā)音，可作水下音樂、水下芭蕾伴舞的喇叭等。此外，用該材料可制造反噪聲與噪聲掌握，反振動與振動掌握系統(tǒng)。將一個咖啡杯人力反噪聲掌握器安裝在與引擎推動器相連接的部件內，使它與噪聲傳感器聯(lián)接，可使運載工具的噪聲降低到使旅客感到舒適的程度〔≤20dB〕以下。反振動與減振器應用到運載工具，