智能无机非金属材料

1智能无机非金属材料23.1陶瓷及非金属材料的自诊断效应自诊断：依靠材料内部的组分或结构的变化产生的信号而自行检测、监测和诊断材料内部的缺陷或裂纹的发展的方法。诊断内容：应力状态、应变量、相变、缺陷或裂纹发展过程等。自诊断功能来源：导电相(连续长纤维、分散增韧相)、晶界相、多层结构、介电体、压电体等的应用。增韧机制：长纤维的复合、桥接、分散相的复合、增韧相的拔出、相变增韧、晶体结构的微细化等。理想的自诊断方法：增韧机制与自诊断功能同时并存。33.1.1陶瓷基复合材料的自诊断电检测技术通过向绝缘的陶瓷基体中添加导电相从而制成具有一定导电性的陶瓷基复合材料的途径来实现。4导电陶瓷基复合材料的导电机理隧道导电：电子跃过颗粒间隙绝缘基体构成的势垒而形成电流通道。

粒子导电：当导电颗粒含量增加到一定程度，颗粒间相互接触而形成导电粒子链，复合材料通过颗粒网络导电。

5导电模型(1)

分散分布（隧道导电机制）材料的电阻率与导电相之间的有效距离ω和温度T之间的关系：式中：B为电子穿透效应的材料常数；△E为电导势垒，是与基体性质有关的常数。(2)网络分布（粒子导电机理）

式中：r为导电粒子间接触面半径；l为表征粒子分散程度的特征长度；D为导电相的有效尺寸。利用应变与电阻率的对应变化关系实现对材料内部应力状态的诊断。

6晶须复合陶瓷材料的电学检测（1）SiC晶须复合CaF2材料当形变量达到最大许可形变量的一半时，电阻值呈现急剧增加的趋势，这是断裂的前兆，由此显示了裂纹预测的可能性。

7（2）SiC晶须复合Si3N4陶瓷材料

体电阻值随拉力和应变的增加而增加，并且是可逆的。据此可以预测陶瓷内部拉伸应力的大小。压力载荷的循环不能引起电阻的明显变化。用电阻值变化不能检测压力破坏。

8Si3N4陶瓷中加入TiN颗粒：用抗拉强度50％的拉力进行加载实验，在载荷除去后，残余电阻仍较明显。用残余电阻值可估测材料的负载历史。颗粒复合陶瓷材料的电学检测9层状复合陶瓷材料的电学检测添加25％-30％导电TiN颗粒的氮化硅层与BN层相间叠层，经压制、除碳及烧结而成。通过检测其电阻值的变化能可靠地监测和预报材料是否发生断裂。103.1.2添加碳纤维的混凝土材料的自诊断利用碳纤维拉伸形变时电阻的变化检测混凝土结构内部的应力状态。在拉伸应力下，随加载增加，材料电阻逐渐升高，当加载到材料强度的70％或形变达到允许形变量的60％左右时，碳纤维断裂，电阻值出现急剧升高趋势。方法一：将碳纤维与玻璃纤维组合形成的纤维束包裹在树脂中，形成复合材料的“扎”，埋入混凝土结构中。据此可以预测纤维束完全断裂前的状态，达到预警的目的。11方法二：将剪成5mm左右的短碳纤维直接加入到混凝土中，起到增强增韧效果。压敏性：随压力的增大，材料电阻率先减小然后又逐渐增大，可很好的反映结构内应力场及裂纹的产生、闭合、张开和扩展。循环拉伸载荷：拉伸时电阻值升高，卸载时电阻值又下降回复到接近原始值。123.1.3利用线性电容的自诊断——介电检测利用非导电材料的介电参数与应力应变关系进行自检测。碳纤维增强塑料（CFRP）交叠层合物133.1.4添加光纤的混凝土结构的自诊断

布设光纤网络——监测混凝土结构各部位的应力和变形，实现分布式监测，对裂缝进行定位。将光纤直接埋入混凝土结构中结构因受力和温度变化产生变形或裂缝光纤产生变形光在强度、相位、波长及偏振等方面发生变化确定结构的应力、变形或裂缝实现结构应力、变形和裂纹的自监测和自诊断光纤机敏混凝土结构——一种具有强大自监测和自诊断功能的智能结构。应用：美国Schiessbergstrase大桥的桥面监测。143.2自修补自愈合材料

生物材料的自修复、自愈合：人造材料的自修补、自愈合设计思路在人造材料中加入一些易扩散的物质或修复剂，在材料出现损伤时，内部组分向损伤部位迁移，聚集并结合成高硬度的新物质；或者损伤部位的修复剂被释放出来进行修复，从而使损伤愈合。树木贝壳手茧153.2.1高温下陶瓷涂层的自动成膜机制在高温真空器件使用的不锈钢中加入少量B和N元素；B和N元素在温度和压力作用下向表层迁移扩散、聚集并结合成一层致密的BN高温陶瓷保护层；其成分和结构与基体材料呈递变过渡状态，亲和性和相容性好，结合牢固。163.2.2高温陶瓷的高温氧化自适应性陶瓷材料在高温状态下的破坏

自修复思路：加入某种物质能够在高温下自动“流入”裂纹并屏蔽内部组织与氧气的接触——组分高温氧化和表面裂纹纵深发展的相互促进过程。17自适应抗氧化机制：高温下铌在氮化硅表面形成Nb2O5-NbO2-Nb2O3-NbN的过渡氧化物层。实例：在氮化硅陶瓷中加入少量NbN

空气/O2Nb2O5NbNNb2O3NbO2Si3N4+NbN18氧化层——类似人“掌茧”的功能这些氧化物为玻璃态，呈致密状覆盖在表面，隔断氧气向内部侵入；氧通过氧化层继续向内扩散时，氧将依次与氧化层中价态较低的铌的氧化物或氮化物反应，生成更高价态的氧化物，从而有效地阻挡氧向深度扩散；Si3N4和NbN与氧反应生成N2，形成局部还原环境，抑制氧化。193.2.3微波辐射使陶瓷材料内部裂纹愈合微波加热原理：电磁波导致材料内部的可极化物质(电子、离子、极化分子、空泛电荷等)发生频繁反转或摩擦而发热。微波加热的选择性不同材料内部可极化物质的种类和数量不同，微波诱导发热的难易程度就不同。如果材料中含有不同类型的物质，其中某些组元的升温速度可能比周围要快。20自愈合机制：碳化物热膨胀系数较大，晶粒也较大，受力时材料内部的微细裂纹易沿着碳化物晶粒扩展。碳化物颗粒优先加热，温度高于周围基质氮化硅和晶界，促使碳化物颗粒向周围扩散并愈合周围的微细裂纹和孔隙。实例：在氮化硅陶瓷中加入少量介电常数较大的碳化钛和碳化铌等颗粒。213.2.4自愈合混凝土

将粘结剂填入中空玻璃纤维，埋入混凝土中，玻璃纤维使粘结剂在混凝土中可长期保持性能，直到结构开裂致玻璃纤维断裂时粘结剂被释放出来，把裂纹修补好。

为防止玻璃纤维断裂，将填充了粘结剂的玻璃纤维用水溶性胶粘结成束，然后平直地（无卷绕）加入混凝土中。在混合过程中，混凝土中的水将胶溶化，于是纤维分散开来，凝固后就得到自愈合混凝土。

223.3氧化锆增韧陶瓷

智能特征：利用氧化锆的相变特性，能响应外界环境的变化，吸收环境冲击，具有自诊断和自修复功能。1150℃

1000℃

单斜相ZrO2(m)

四方相ZrO2(t)

立方相ZrO2(c)

2370℃

ZrO2晶体的三种晶型7-9％的体积膨胀和约10％的剪切应变

微裂纹增韧相变增韧——智能材料设计

23相变增韧—应力诱导的相变增韧当ZrO2颗粒弥散在陶瓷基体中时，烧结过程中ZrO2颗粒受到压应力，四方相向单斜相的转变会受到抑制。压应力足够大且颗粒足够小时，相变温度可降至室温甚至室温以下，即ZrO2以四方相形式在室温存在。当材料受到外加应力时，基体对ZrO2颗粒的压应力得到释放，ZrO2颗粒发生四方相向单斜相的转变，并在基体中引发微裂纹，从而吸收了主裂纹扩展的能量，提高了材料的断裂韧性。24相变发生处材料组成、结构、尺寸发生变化，声波传播速率、热导率和电导率等性能也随之而变，以此作为材料受到外力作用的信号，对材料使用中的疲劳强度及膨胀情况等作出评价和诊断。智能化机制——自诊断、自愈合当外力作用达到一定程度后，它能迅速地作出反应，发生四方相向单斜相的马氏体相变，吸收外力作用能而阻碍裂纹继续扩展，防止材料整体破坏，提高材料的强度和韧性。25

3.4功能无机材料的智能化

3.4.1CuO/ZnO湿敏传感器

传统的湿敏传感器材料：多孔氧化物半导体陶瓷(气孔率25％-40％)感湿机理：接触粒界势垒理论——低湿情况(＜40％RH)

质子导电理论——高湿情况(＞40％RH)26缺点：需要进行高温热净化，去除吸附水并获得新鲜表面。27CuO/ZnO半导体陶瓷湿敏传感器湿敏机理：利用CuO/ZnO两者的p-n型接触，在CuO和ZnO接触点上吸附的水分子发生电解反应，电荷在正向电压作用下从p型到n型半导体电极间传输，通过测量传感器元件的电压—电流特性曲线就可以测量空气中的湿度。负极正极28吸附在接触点上的水分子发生电解，从而使接触点总是保持清洁新鲜，不需要热净化。吸附水的电解、清洁过程就是CuO/ZnO湿敏传感器本身的正向伏安特性测量过程。智能特性：自清洁、自恢复29从智能材料角度比较两种湿敏传感器303.4.2正温度系数热敏陶瓷PTC(positivetemperaturecoefficient)体积电阻率在某一温度(居里温度，Tc)以上随温度升高而急剧变大(3-4个数量级)的陶瓷材料。PTC热敏陶瓷的电阻率—温度特性典型代表：掺杂BaTiO3系陶瓷

31BaTiO3陶瓷n型半导体掺杂其它阳离子替换Ba2+或Ti4+●Ba2+

：La3+、Pr3+、Nd3+、Gd3+、Y3+等替换●Ti4+：Nb5+、Sb5+、Ta5+等替换有显著PTC效应的BaTiO3陶瓷：晶粒充分半导化晶界具有适当绝缘性

32理论解释Heywang-Jonker(海望－焦克)模型：

n型半导体陶瓷的晶界上具有表面能级，此表面能级可以捕获载流子，在两边晶粒内产生一层电子耗散层，形成肖特基势垒。势垒高度与介电常数有关：在铁电相范围内，介电系数大，势垒低。当温度超过居里点，介电系数急剧减少，势垒增高，引起电阻率的急剧增加。33●恒温发热元件:

电饭锅、电子卷发器、电烙铁、衣物干燥器、餐具干燥器等。PTC热敏陶瓷的应用●温度敏感元件：家用电器的过热报警和马达的过热保护、非破坏“保险丝”；探测液面深度—液面控制。●电流限流元件：电子电路的过流保护、彩电的自动消磁、冰箱及空调机等的马达起动。343.4.3变色玻璃当作用在玻璃上的光强、光谱组成、温度、热量、电场或电流产生变化时，玻璃的光学性能将发生相应的变化，从而使其在部分或全部太阳能光谱范围内从一个高透态变为部分反射或吸收态，使玻璃发生变色反应,也可根据需要动态地控制穿透玻璃的能量。光致变色类型:电致变色热致变色等35（1）光致变色玻璃

在光的激发下发生变色反应的玻璃

原理：在某些玻璃组成中添加了很细的AgCl微晶。当紫外线辐照时，离子Ag+还原成原子Ag。此时银原子团簇影响光的入射，产生深色效应;在没有紫外线照射时，Ag原子转变为离子Ag+，原子团簇解体，镜片褪色。36光通过介质时的能量衰减●光在穿过介质时引起介质中的价电子跃迁，或使原子振动而耗散能量；●介质中的价电子吸收光子能量而激发，当尚未退激而发出光子时，在运动中与其他分子碰撞，电子的能量转变成分子的动能亦即热能，从而导致光能衰减。

37不同物质对可见光的吸收金属和半导体吸收系数很大，光能衰减显著；电介质（包括玻璃、陶瓷等无机材料的大部分）吸收系数很小，有良好的透过性，光能衰减很小。

38光致变色材料有机化合物；

Zn、Cd、Hg、Cu和Ag的一些无机化合物。光线移开正常状态一种颜色(或者无色)暴露在光或其它适当波长范围的辐照之下第二种状态第二种颜色原来的状态原来的颜色变色机理：

这些材料的原子或分子有两种状态，这两种状态的分子或电子组态不同，对可见光的吸收系数不同，在不同光辐射条件下呈现出不同的颜色。39添加AgCl的光致变色玻璃hv1

hv2，Δ

Ag++Cl-

Ag0+Cl0

不吸收可见光,呈透明态对可见光强烈吸收,呈着色态★着色过程：变暗与退色相互竞争达到稳定着色程度hv1

hv2，Δ

Ag++Cu+

Ag0+Cu2+

★得到特定色调：引入着色剂：锰、钙、钴、镍等的氧化物★添加Br或I，使敏感性移向长波长★添加敏化剂(CuO)，提高着色灵敏度40光致变色玻璃的组成基体：碱金属硼硅酸盐玻璃Ag浓度：0.2～0.7％(质量百分数)卤素：Cl、Br和I或它们的结合，浓度：千分之几敏化剂浓度：0.01％典型情况卤化银粒子平均直径：＜10nm颗粒的平均间距：50-80nm体积浓度：1015-1016个/cm341（2）电致变色玻璃电致变色现象(Electrochromism)

材料在电场或电流的作用下，对光的透射率和反射率发生可逆且连续可调变化而表现为颜色变化的现象。利用电致变色材料特性由基础玻璃和电致变色材料构造的玻璃装置，可通过“电开关”实现对通过光、热的动态调节。也称为智能窗(SmartWindow)或敏感窗。

电致变色玻璃——42特性：——发展最快、最具潜力的智能玻璃

透光度可以在较大范围内随意调节，多色连续变化；存储记忆功能；驱动变色电压低、电源简单、省电；受环境影响小。43

电致变色智能玻璃的结构和工作原理结构由普通玻璃及沉积于玻璃上的五层薄膜材料组成，即“玻璃│TC│EC

│FIC│CE│TC│玻璃”。GS—玻璃基片TC—氧化铟锡(ITO)膜制成的透明电极EC—电致变色膜FIC—快离子导体隔膜CE—离子储存层(或对电极EC)44工作原理正向直流电压：离子贮存层中离子被抽出，通过离子导体进入电色层，引起变色层变色，材料的透射率减小——“着色”；在外电场作用下，由于电致变色层中离子的注入和抽出而使整个智能玻璃发生漂白和着色变化。反向电压：电致变色层中离子被抽出后又进入贮存层，整个装置恢复透明原状，材料的可见光透射率增加——“漂白”。45TC——电极材料向EC提供并接受电子，导电材料要求：高电导率和可见光透过率。材料：半透明金属材料(如50-100Å的金膜)

透明导电材料(如ITO膜及含镉的锡酸盐)。ITO被认为是目前最好的一种导电材料。46FIC——快离子导体要求：●在工作波长范围内(0.35~1.5um)具有高的离子电导率(大于10~5S/m)和电子电阻率(大于1012Ω·cm)，以提高开关响应速度，同时避免产生自放电而造成器件自行变色；●漂白状态下，在工作光谱区域具有高的透射率；●好的化学和机械稳定性、易于成膜。加快EC与CE之间的碱金属离子传输。47材料：电解质液体电解质：如H2O固体电解质：优点：离子迁移运动受阻小，开关响应时间快；问题：易出现漏液、界面间腐蚀及构造复杂等。快离子导体(如Na1+xZr2SixP3-XO12)；具有隔热性能的离子传导型氧化物：SiO2,MgF2,CaF2,Ta2O3,ZrO2等；Li离子固体电解质：Li3N，LiBO2，LiF，LiAlCl4，LiAlF4，LiNbO3和LiTaO3等。48粘性有机聚合物：可保证电解质与电极的良好接触，避免漏液问题，优于液体电解质;聚乙烯氧化物(PEO)及聚丙烯氧化物(PPO)粉末与Li+盐（如LiClO4,LiCF3SO3或LiN(SO2·CF3)2）溶解于乙睛中制得的复合物。具有快离子导体特征，较易制成薄膜，优于固体电解质。49★EC——电致变色材料在负电压下，随着阳离子和电子的注入，形成着色物质；阴极电致变色材料：阳极电致变色材料：根据变色机理，可分为：在正电压下，随着阴离子和空穴的同时注入或阳离子放出，空穴注入(而电子放出)，形成着色物质。50★EC——电致变色材料无机过渡金属氧化物(WO3,MoO3,TiO2,IrO,NiO等)有机化合物(如紫精类化合物、聚苯胺(PANI)、聚环氧乙烷(PEO)、镧系酞化菁等)——高粘度的液体电解质性能优于固体电解质；机械强度及一致性较差。51WO3和NiO电致变色材料★WO3(晶态和非晶态)无色透明，阳离子注入时变色——阴极着色材料；★NiO有色，阳离子注入时变为无色—阳极着色材料MyNi1-XO(漂白态)My-2Ni1-XO(着色态)+2M++2e-XM++xe-+WO3(无色)MxWO3(蓝色)

——最有发展前途的电致变色材料M+：H+、Li+、Na+、K+等。优点：着色效率高、可逆性好、响应时间短、寿命长、成本低。52WO3电致变色过程53原始状态：整个系统透明，无颜色；施加电场：电子(e-)与阳离子(M十)同时注入WO3膜，形成钨青铜MxWO3，呈现蓝色。MxWO3在可见光到红外光区有宽波段的光吸收，呈现蓝色。光吸收：在MxWO3中存在W5+和W6+混价离子,局域电子受光激活后在W5+和W6+位置之间跃迁而引起价间电荷迁移:W5+(A)+W6+(B)+hv→W6+(A)+W5+(B)A，B表示两个不同的W晶格位置。反向电场：电致变色层中阳离子(M+)和电子同时脱离MxWO3，蓝色消失，回复到原始状态。为保持整个系统电的动态平衡，离子贮存层作出相应的变化。54改变着色状态：添加金属Au和Pt到WO3膜中Au-非晶态WO3复合材料：着色状态红色或粉红色；Pt-晶态WO3复合材料：着色状态呈黑蓝色。55CE—离子贮存层又称反向(可逆)电极。要求：具有透明性、离子插入反应的可逆性及快的反应速度。材料：V2O5、TiO2、CeO2等氧化物。互补型电致变色器件：用另一种电致变色层材料作为离子贮存层(如变色层为阴极电致变色材料，则贮存层可用阳极电致变色材料)。在外加电压作用下，阴、阳极将会同时着色或漂白，使着色态颜色加深而漂白态透光率更高。所需电量较小，能耗更低。

56(3)热致变色玻璃●根据气温变化调节透明度的智能玻璃

在两个玻璃层之间填入一种带颜料的高分子微小颗粒。这种颗粒可随温度的变化改变自己的体积。当温度上升时，其体积变大，透明度降低，可把80%的光遮蔽掉；当温度降低后，又可恢复原状，光的透过率又增大。●根据气温变化调节调节红外线透过率的智能玻璃室外温度升高时，仅使红外线透过率下降而屋内亮度保持不变；室外温度下降时，红外线透过率升高，从而使屋内温度不会变化很大。57智能变色玻璃应用实例以WO3为电变色层，Li-Polymer为离子导电层和NiO为对电极的电致变色智能窗。电致变色汽车天窗58电致变色窗电致变色头盔59热致变色智能窗603.5压电、铁电材料

1880年居里兄弟发现正压电效应：在外力作用下产生电场，将机械能转换为电能——压电传感器——智能材料系统中的主导材料之一压电效应逆压电效应：在电场作用下产生应变，将电能转换为机械能——压电驱动器61压电效应本质

不受外力施加压力施加拉力-+-+62压电效应与晶体结构的关系

铁电体：极性晶体，热电体，压电体铁电体热电体电介质压电体32种点群20种：有压电性，是压电材料10种：有固有电偶极矩，是极性晶体，有热电性。21种：不具有中心对称63压电陶瓷——一般为铁电体铁电陶瓷在强直流电场作用下，各晶粒的自发极化方向都择优取向成为有规则的排列。直流电场去处后，陶瓷内仍能保留相当的剩余极化强度，陶瓷材料宏观具有极性，从而具有压电性。故也称铁电、压电陶瓷。64压电效应的表征

——介质电位移D（单位面积电荷）和应力T以及应变S和电场强度E之间的关系。对于正压电效应：D=dT对于逆压电效应：S=dE两式中的d在数值上相等(1)压电应变常数d：它描述作为驱动材料运动或振动的能力。高功率声纳希望材料的d值要高。65压电效应的表征

应力与所产生的电场强度，或应变与所引起的电位移的关系。(2)压电电压常数g：由机械应力而产生电压的材料如留声机、扩音器希望有高的g值。g=d/E66综合反映压电材料性能的参数，表示电能转变为机械能或者机械能转变为电能的分数。*k和k2总小于1；*不同形状和振动方式所对应的机电耦合系数也不相同。由机械能转换的电能输入的总机械能K2=由电能转换的机械能输入的总电能K2=(3)机电耦合系数k：673.5.2压电、铁电材料68（1）压电单晶

石英(天然、人工)晶体——俗称水晶。居里点为573℃的六角晶系α-石英。●压电常数小，压电系数和介电系数的温度稳定性好，在20-200℃压电系数变化率仅为-0.016%；●机械强度和品质因素高，允许应力高达6.8×107Pa~9.8×107Pa，且刚度大，固有频率高，动态特性好；●无热释电性，且绝缘性、重复性均好。性能特点：69锂盐类压电和铁电单晶铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)、锗酸锂(LiGeO3)、镓酸锂(LiGaO3)、锗酸铋(Bi2GeO20)等。时间稳定性好，居里点高达1200℃，在高温、强辐射条件下仍具有良好的压电性，机电耦合系数高。不足：质地脆、抗机械和热冲击性差。铌酸锂：一种多畴单晶，须通过极化处理后才能成为单畴单晶，呈现类似单晶体的特点，即机械性能各向异性。性能特点：70(2)压电陶瓷特点●压电常数大，灵敏度高；●制造工艺成熟，可通过合理配方和掺杂等人工控制来达到所要求的性能；●成形工艺性好，成本低廉，利于广泛应用。●具有热释电性，会给压电传感器造成热干扰，降低稳定性，对高稳定性的传感器应用有限。71a.一元系压电陶瓷BaTiO3：PbTiO3：居里温度高(Tc=490℃)，能在高温下使用；自发极化强度在钙钛矿型晶体结构的铁电体中最高;镧系元素(La，Ce，Nd，Sm，Eu和Gd)的掺入对其晶格参数及介电、压电性能的影响较大。机电耦合系数大，最早的有实用价值的压电陶瓷;制备容易，且可制成任意形状和极化方向的产品。72b.二元系压电陶瓷BaTiO3－CaTiO3系大大降低第二相变温度，但不能提高居里点BaTiO3－PbTiO3系能提高居里点，同时降低第二相变点73★锆钛酸铅

PbZrO3

和PbTiO3以任何比例形成的连续固溶体，化学式为Pb(ZrxTi1-xO)3，简称PZT。高压电活性和高介电常数(压电常数是BaTiO3的两倍)，其它性能比BaTiO3好得多。开辟了压电陶瓷应用(变压器、滤波器、换能器、通讯、计测、引燃引爆装置、超声延迟线等)的新局面，具有划时代意义。改性方法：改变Zr/Ti比；等价离子及不等价离子置换或掺加杂质、氧化物，如Ba2+、Sr2+、Sn4+、La3+、Bi3+、Sn5+等。74C.三元系及多元系压电陶瓷PZT-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3PZT-各种驰豫铁电体固溶物

75无铅压电陶瓷BaTiO3钛酸铋钠(Na1/2,Bi1/2)TiO3(BNT)系统含铋层状结构铌酸盐中国科学院上海硅酸盐研究所钛酸铋钠基无铅压电陶瓷系列(1-x)Nal/2Bi1/2TiO3—xBaTiO3

(x=0.06时压电性能最好)76（3）压电聚合物与压电陶瓷和单晶相比压电应力常数d比压电陶瓷要小，但压电电压常数g比压电陶瓷高很多，是更好的传感器材料。材料轻质、高韧性，适于大面积加工和可剪裁成为复杂形状；高的强度和耐冲击性、显著的低介电常数、低的声阻抗和机械阻抗(对于医学和水下应用至关重要)、较高的介电击穿电压、能够承受更高的极化电场和工作电场。可实现在薄膜表面形成电极和选择性区域极化。

77压电聚合物种类晶态聚合物：目前唯一能够商业化生产的压电聚合物材料。种类：滚延聚偏氟乙烯(PVDF)

和三氟乙烯(TrFE)的共聚物P(VDF-TrFE)

和四氟乙烯(TFE)的共聚物P(VDF-TFE)

奇数的尼龙等。通常为非导电性高分子材料。78非晶态聚合物:尚无足够高的具有商业应用价值的压电性能。腈基取代高聚物：聚丙烯腈(PAN)

聚(亚乙烯基氰/醋酸乙烯)(PVDCN/VAc)

聚苯基氰基醚(PPEN)

聚(1-环二丁腈)最具前途：亚乙烯基氰共聚物（强的介电弛豫强度和大的压电效应）。79（4）压电复合材料压电陶瓷：压电复合材料:克服了压电陶瓷材料的脆性和压电聚合物材料的温度限制压电聚合物：高介电性、较强的压电性和大的机电耦合系数；制备温度较高、制备工艺较复杂;不易制得薄膜材料、质脆，应用受限；高的介电性、较强的压电性;高的机械强度、柔韧性;使用温度较低，应用同样受限。——智能材料系统与结构中最有前途的压电材料。80压电陶瓷/聚合物复合材料

将压电陶瓷和压电聚合物按一定的连通方式、一定的体积或质量比例和一定的空间几何分布复合而成。组成成分—各组份的比例两相材料的连通方式性能影响因素：81压电陶瓷/聚合物复合材料的十种基本类型第一个数字代表陶瓷相的连通维数；第二个数字代表聚合物相的连通维数空白区：压电陶瓷阴影区：聚合物823.5.3压电驱动器工作原理——逆压电效应控制施加电压的大小：控制位移输出大小施加交流电压:交替地伸长和缩短;施加电压与其极化电压极性相同:压电陶瓷伸长；施加电压与其极化电压极性相反:压电陶瓷缩短；83压电驱动器性能和特点(2)响应速度快，约为10μs，无机械吻合间隙，可实现电压随动式位移控制。压电驱动器特点(1)不需传动机构，位移控制精度高，可达0.01μm；(3)较大的力输出，约为3.9kN/cm2。(4)功耗低，比电磁马达式微位移器低1个数量级，且当物体保持一定位置(高度)时，器件几乎无功耗。(5)易与电源、测位传感器、微机等实现闭环控制。相对其它微位移器件体积小得多。84压电陶瓷驱动器的结构类型

应用最多：双片式弯曲型驱动元件线性多层式驱动器85线性多层式驱动器压电陶瓷的变形量与厚度无关设计思路多层压电陶瓷薄片在电学上并联、在位移和驱动力方面串联叠加，层叠烧结在一起制成多层结构。86线性多层式驱动器根据制备方法不同可分为：位移随层数增加而增加；工作电压大幅度降低。性能特点*多层共烧式

*胶粘接式87双压电晶片式弯曲型驱动器二个压电陶瓷片粘在一起，其极化电压极性相反；加上电压使其中一片伸长，另一片收缩，形成弯曲位移。设计思路88应用(1)抑制振动和噪声压电智能材料应用研究主要集中在:★

1991年弗吉尼亚工学院压电陶瓷结构声主动控制