压电陶瓷的原理主要基于 压电效应,这是一种物理现象,当某些电介质在受到机械应力作用时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,电介质会恢复到不带电的初始状态。压电效应分为正压电效应和逆压电效应:
正压电效应:
当电介质在受到沿一定方向的外力作用而发生变形时,其内部会产生极化,导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷。当外力去掉后,电介质会恢复到不带电的状态。
逆压电效应:
当在电介质的极化方向上施加电场时,电介质会发生变形,电场去掉后,电介质的变形随之消失。
压电陶瓷材料在受到机械应力作用时,其内部正负电荷中心会发生相对位移,从而产生极化现象,导致材料两端表面出现符号相反的束缚电荷。这种机械能向电能的转换过程称为正压电效应。相反,当在压电陶瓷材料上施加电场时,电场会引起材料内部的电荷中心位移,从而导致材料发生变形,这个过程称为逆压电效应。
压电陶瓷的工作原理可以总结为:
机械能转换为电能:当外力作用于压电陶瓷时,其晶体结构会发生压缩或伸展变形,导致内部正负离子位移,产生电荷分离,形成电场。
电能转换为机械能:当外部电场作用于压电陶瓷时,电场会限制和定向原本正负离子的位移,导致材料发生尺寸变化,产生机械应力。
这种双向的能量转换能力使得压电陶瓷在传感器、换能器、振荡器等领域有着广泛的应用。例如,在医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等方面,压电陶瓷利用其敏感的特性,将机械能转换为电能,或将电能转换为机械能,实现信号的检测、转换和传输。