壓電陶瓷材料的應(yīng)用與發(fā)展分析

賀興輝 王子維 陳冰倩

[摘要]隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展，壓電陶瓷材料質(zhì)量不斷提升，并在實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。壓電陶瓷材料的應(yīng)用，對促進(jìn)行業(yè)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。基于此，本文中以壓電陶瓷材料為切入點(diǎn)，詳細(xì)分析其應(yīng)用與發(fā)展趨勢，為相關(guān)研究提供借鑒，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]壓電陶瓷材料；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢 文章編號(hào)：2095-4085（2018）05-0001-02

壓電陶瓷是一種功能陶瓷材料，可以實(shí)現(xiàn)互相轉(zhuǎn)換機(jī)械能與電能的目的，提高工業(yè)效率與安全性。壓電陶瓷具有高智能型的新型功能電子材料，特別是隨著材料、工藝的發(fā)展與研究，壓電陶瓷材料在很多行業(yè)都有著廣泛應(yīng)用。

1 壓電陶瓷材料現(xiàn)狀分析

壓電陶瓷材料根據(jù)獨(dú)立組元數(shù)據(jù)分成四大類，即一/二/三元系壓電陶瓷、多元系壓電陶瓷。一元系陶瓷鐵電體的典型代表就是BaTi03，其中含有鈣欽礦晶體結(jié)構(gòu)，本身并不溶于水、較大的機(jī)電耦合系數(shù)，且材料制備工藝簡單、成本普遍不高，也是壓電陶瓷材料中最初具有實(shí)用價(jià)值的一種。

為了提高壓電陶瓷的性能與質(zhì)量，人們發(fā)現(xiàn)Zn4+離子半徑類似于Ti4+離子半徑，因此兩種離子也具有相似的化學(xué)性能PbTiO3與PbZrO3可以以任何比例連續(xù)固溶體。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，壓電陶瓷材料種類更加豐富，有著更為廣闊的應(yīng)用前景。

2 壓電陶瓷材料的主要種類

2.1 無鉛壓電陶瓷材料應(yīng)用

日常生活中很多方面都在應(yīng)用壓電陶瓷，極大程度方便人們使用及確保安全。截至目前，大部分國家依舊使用焊鉗壓電陶瓷，這類壓電陶瓷的最大特點(diǎn)就是含有60%以上的鉛。但要主要的是氧化鉛一種有毒物質(zhì)，氧化鉛同時(shí)還具有已發(fā)揮性，因此生產(chǎn)生活中都要小心使用，廢棄后要經(jīng)過專門處理，避免出現(xiàn)亂扔、亂丟情況，損害到生態(tài)穩(wěn)定，造成環(huán)境污染。特別是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，民眾的環(huán)保意識(shí)逐漸提高，相關(guān)法律法規(guī)、政策制度不斷完善，正在逐步禁止使用含鉛的電子產(chǎn)品。高溫?zé)Y(jié)過程中會(huì)出現(xiàn)揮發(fā)氧化鉛的情況，即污染環(huán)境，又會(huì)造成陶瓷內(nèi)部計(jì)量比出現(xiàn)偏離，直接對材料性能產(chǎn)生影響。但隨著時(shí)間推移，無鉛壓電陶瓷材料逐漸被社會(huì)淘汰。

2.2 壓電薄膜材料應(yīng)用

在20世紀(jì)80年代后期，我國已經(jīng)在壓電材料研究中，將研究的重點(diǎn)轉(zhuǎn)移為壓電薄膜研究，并將其作為重要的研究方向進(jìn)行擴(kuò)展。而壓電薄膜的研制成功不僅促進(jìn)了熱釋電紅外探測器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器等科技的快速發(fā)展，而且壓電薄膜其還具有輕重量、小尺寸、工作電壓低、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)，它還能與半導(dǎo)體集成電路兼容。

2.3 壓電厚膜材料的應(yīng)用分析

20世紀(jì)90年代PZP壓電厚膜材料出現(xiàn)，這是一種多功能的新型材料，同時(shí)具備塊體材料與薄膜的優(yōu)勢，正常工作時(shí)電壓不高，還具有半導(dǎo)體集成電路兼容的優(yōu)勢。厚膜材料具有更加優(yōu)異的性能，因此很多設(shè)備制造中得到廣泛應(yīng)用，大幅度提高設(shè)備性能，如微機(jī)械諧振器、高頻聲吶換能器及厚膜微致動(dòng)器等。

2.4 壓電陶瓷-高聚物復(fù)合材料

壓電復(fù)合材料主要由高分子有機(jī)樹脂與無機(jī)壓電陶瓷兩者合成，它兼具了有機(jī)和無機(jī)壓電材料的雙重性能，甚至產(chǎn)生了兩相都沒有的新特性。而且改材料在便于進(jìn)行機(jī)械加工的同時(shí)，還保持了壓電陶瓷所具有的良好的壓電性能，柔順性良好。因此，在制作過程中，可以根據(jù)實(shí)際需要，綜合兩相材料優(yōu)點(diǎn)，制作出性能良好的轉(zhuǎn)換器和傳感器，且制作出的機(jī)器靈敏度高，相較于普通的壓電陶瓷，更加適合進(jìn)行水聲換能。另外，壓電復(fù)合材料對于其它類型超聲波換能器和傳感器的制作具有將強(qiáng)優(yōu)勢，現(xiàn)在很多國內(nèi)學(xué)者對其進(jìn)行研究，在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能方面獲得了很多有益的基礎(chǔ)性研究，正致力于開發(fā)具有壓電復(fù)合材料的產(chǎn)品。

3 壓電陶瓷材料發(fā)展趨勢

壓電陶瓷材料的發(fā)展，主要體現(xiàn)在質(zhì)量提升與行業(yè)應(yīng)用拓展兩方面上，在工業(yè)領(lǐng)域、建筑領(lǐng)域、航天領(lǐng)域等方面壓電陶瓷材料的研發(fā)都有著巨大壓力。按照我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，新能源發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)是重要工作內(nèi)容。對以上問題的解決需要借助壓電陶瓷材料的功能。

提高對壓電陶瓷材料的利用率以及資源的回收利用成為行業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容。環(huán)境治理與壓電陶瓷材料研發(fā)雙管齊下才能有效改善我國當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r。因此壓電陶瓷材料的研發(fā)還應(yīng)該充分考慮材料的無毒無害、易于回收等多種條件。相信隨著相關(guān)學(xué)科技術(shù)水平進(jìn)一步發(fā)展，將會(huì)有力帶動(dòng)壓電陶瓷材料的發(fā)展與進(jìn)步，市場上將會(huì)出現(xiàn)更多的符合現(xiàn)實(shí)需求且可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能保護(hù)與降低成本的目的，為推動(dòng)企業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量，進(jìn)而為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更多的支持。通過壓電陶瓷材料的研發(fā)與推廣，實(shí)現(xiàn)市場的進(jìn)一步拓展，為相關(guān)企業(yè)創(chuàng)造一個(gè)良好的發(fā)展環(huán)境，進(jìn)而充分發(fā)揮企業(yè)作用，帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

4 結(jié)語

綜上所述，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。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭木鵬，侯育冬，朱滿康，嚴(yán)輝.能量收集用壓電陶瓷材料研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2016，44（3）：359-366.

[2]肖定全.鈣欽礦型無鉛壓電陶瓷研究進(jìn)展及今后發(fā)展思考[J].人工晶體學(xué)報(bào)，2012，41（S1）：58-67.

[3]沈宗洋，李敬鋒.（Na，K）N603基無鉛壓電陶瓷的研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2010，38（3）：510-520.