电致和磁致伸缩材料的功能

电致和磁致伸缩材料的功能电致材料电致伸缩效应产生的应变正比于电场强度或极化强度的平方的现象由于电致伸缩效应引起的应变与外加电场的方向无关,所以一般固体电介质都能产生电致伸缩效应。电致伸缩材料要求加一个不太强的电场,能够产生足够大的应变,而且应变与电场的关系没有滞后,重复性好,同时还要求温度效应小为此,应中选择介电常数大并属于(BaPZT),掺翻的锆酸铅〔LaPZT。2 2电致伸缩材料的进展方向一、多元化压电陶瓷按其所组成的固溶体的化合物成分构成可分为一元系压电陶瓷,如钛酸钡(BaTiO)、钛酸铅(PbTiO)和偏铌酸铅(Pb(NbO))等;二元系压电陶瓷,3 3 32如目前使用最多的锆钛酸铅(xPbZrO-(1-x)PbTiO或Pb(ZrTiO3 3 x 1-x3使用最为广泛的PZT系列压电陶瓷;三元系及多元系压电陶瓷,通常是在具有钙PZTABO3

型化合物而数的压电陶瓷,以满足不同的市场需求。PZT温度范围宽,而且PbO挥发也少,陶瓷的工艺重现性好,易获得气孔率少的致密陶瓷体,可获得具有高机械强度和电气性能,及在某些方面有显著特点的压电陶瓷。因此多元系压电陶瓷已成为众多争论机构开发热点之一,已开发的品种可达PZN-PNN-PZT元系压电陶瓷方面已取得很大进展。二、精细化承受微细粉制备压电铁电陶瓷,可极大地提高其各方面的机械性能和电气性能。近几年来,很多国家都在乐观开展高技术陶瓷及其粉体工艺的争论和生产。高技术陶瓷在日本被称为精细陶瓷,是继金属和塑料之后的第三代材料。据商本是精细陶瓷的争论和生产大国,市场应当比美国更为巨大,我国政府把精细陶粉体的生产加工落后,表达在专用粉体生产缺乏,产量低,质量稳定性差,这是我感元件所需粉体的专业生产企业仍很缺乏。三、单晶化单晶压电体因其特别的组织构造而表现出与多晶体很大的材料性能方面的差异。最初的单晶压电体SiO、LiNbO、LiTaO已广泛应用于振荡器、声外表波2 3 3器件等领域,但与PZT陶瓷相比,这些单晶体的压电性能较差,难有更广泛的应用。1997TRSSeung2EekParkPMN-PTPZN-PT单晶,这些单晶体表现出优异性能,引起了该领域的猛烈震惊,被称为“铁电SCIENCE》作了特别报道,海硅酸盐所用改进的BridemanPMNTk0164。单晶压电体具有格外优异的压电性及电致伸缩性,显著优于传统的PZT及PZNT空调、汽车飞机等的振动掌握。四、微膜化微机电系统是一个应用前景宽阔的兴技术领域,而微驱动器是微机电系统的关键技术之一。传统的压电材料及工艺因受到尺寸的限制,很难适应电子器件PZT薄膜已成现实,利用其压电特性已制作出各种微型传感器、微型驱动器,其中压电微电机作为一种型薄膜制备工艺都可用于制备压电薄膜,从目前报道的文献来看,溅射法、溶胶-凝3能受溅射时的气压、衬底温变、气体流量、溅射功率等因素的影响较大、溶胶-凝胶法已广泛用于制备各种压电薄膜,其制备大于10μm的厚膜较困难。水热法10μmPZTPb(NOZrOClKOH32 2Ti,PZTTi由衬底供给,把这些材料放在高压釜中,160C48h607Pa950Pa,并使高压釜旋转,可获得无针孔的PZT压电薄膜。五、绿色化传统的压电铁电陶瓷,大多是含铅陶瓷,其中氧化铅(或四氧化三铅)约占原料总质量的70%。含铅压电铁电陶瓷在制备、使用过程中,都会给环境和人类带BaTiO3

BaMO或3K(Nb,Ta)O3

组成的二元系陶瓷;以NaNbO3

A2+NbO6

B2+TiO3

组成的二元系陶瓷;(Ba1/2

N(1/2)

)TiO(BNTSemolensky3和社会可持续进展战略的实施,环境协调型压电铁电陶瓷的争论必将进一步深待陶瓷材料科学家和相关科技人员的不懈努力。磁致伸缩材料磁致伸缩效应所谓磁致伸缩是铁磁物质(磁性材料〕由于磁化状态的转变，其尺寸在各方〔或缩短去掉外磁场后，其又恢复原来的长度，这种现象称为磁致伸缩现象〔或效应〕。磁致伸缩材料造有用的功能器件与设备。为此人们争论和进展了一系列磁致伸缩材料，主〔Ni〕基合金Ni－CoNi－Co－Cr〕和铁基合金〔如Fe－NiFe－Al金，Fe－Co－V〕和铁氧体磁致伸缩材料，如Ni－CoNi－Co－Cuλ值〔在20—80ppm之间〔Pb，Zr，Ti〕C03，〔简称为PZT〕，其电致伸缩系数比金属与合金的大约200—400ppm展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，例如以〔Tb，Dy〕Fe2Tbo0．3Dy0．7Fe1．95〔下面简称TbDy—Fe〕的λ到达λ1~2缩材料。特点料是佼佼者，它具有以下优点：磁致伸缩应变λ比纯Ni大50倍，比PZT材料大5—25倍比纯Ni和Ni－Co合金高400~800倍比PZT材料高14~30倍；磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约?l0mm的Tb－Dy－Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200公斤的推力：能量转换效率〔用机电耦合系数 K33表示〕高达70％，而Ni基合金仅有16％，PZT材料仅有40~60％；其弹性模量随磁场而变化，可调控；响应时间〔由施加磁场到产生相应的应变 λ所需的时间称响应时间〕仅百万分之一秒，比人的思维还快；频率特性好，可在磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲乏，无过热失效问题。技术上的应用或在交变磁场作用可发生反复伸张与缩短，从而产生振动或声波，这种材料相反也可以将机械能〔或机械位移与信息〕。转换成电磁能〔或电磁信息〕，它是重要的能量与信息转换功能材料。它在声纳的水声换能器技术，电声换等高技术领域有广泛的应用前景。海洋占地球面积的70％，海洋是人类生命的源泉，但是人类对海洋的大局部还缺乏了解。21世纪是海洋世纪，人类的生活、科学试验和资源的获及将渐渐的从山陆地转移到海洋。而舰艇水下移动通讯、海水温度、海流、海底地形地貌的探测就需要声纳系统。声纳是一个浩大的系统，它包括声放射系统，反射声的接收系统，将回声信息转变成电信息与图像，以及图像识别系统等。其中声放射系统中的水声放射换能器及其材料是关键技术之一。过的水声换能器的频率高〔20kHz〕，同时放射功率小，体积大，笨重。另外随舰艇隐身技术的进展，现代舰艇可吸取频率在3．0kHz起到隐身的作用。各工业兴旺国家都正在大力进展低频〔频率为几十至 2023赫兹〕，大功率〔声源级约220dB〕的声纳用或水声对抗用放射水声换能器，并已用于装备海军。低频可打破敌方舰艇的隐身技术，大功率可探测更远距离的目标，同时体积小，重量轻，可提高舰艇的作战力量。低频大功率是声纳用和水声对抗用放射水声换能器今后的进展方向。而制造低频大功率水声放射换能器的关键材料是稀土超磁致伸缩材料。进展稀土超磁致伸缩材料对进展声纳技术、水声对抗技术、海洋开发与探测技术将起到关键性作用。日本已用稀土超磁致伸缩材料来制造海洋声学断层分析系统 OAT〔Ocean〕和海洋气候声学温度测量系统ATOC〔TheAcousticThermometryofOceanclimate〕的水声放射换能器，其信号可放射到1000km应用用该材料可制造超大功率超声换能器。过去的超声换能器主要是用压电陶瓷〕材料来制造。它仅能制造小功率〔≤2．0kW〕的超声波换能器，国外已用稀土超磁致伸缩材料来制造出超大功率〔6—25kW〕的超声波换能器。超大功率超声波技术可产生低功率超声技术所不能产生的物理效应和的用途，如它可使废旧轮胎脱硫再生，可使农作物大幅度增产，可加速化工过程可用于波动采油，可提高油井的产油量达20％~100％，可促进石油工业的进展；用该材料制造的薄型〔平板型〕喇叭，振动力大，音质好，高保真，可使楼板、墙体、桌面、玻璃窗振动和发音，可作水下音乐、水下芭蕾伴舞的喇叭等。此外，用该材料可制造反噪声与噪声掌握，反振动与振动掌握系统。将一个咖啡杯人力反噪声掌握器安装在与引擎推动器相连接的部件内，使它与噪声传感器联接，可使运载工具的噪声降低到使旅客感到舒适的程度〔≤20dB〕以下。反振动与减振器应用到运载工具，