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ZANCAI

新虫 (著名写手)

[求助] 请教陶瓷的压电性。

(1)对压电陶瓷施加压力产生电荷是不是由于陶瓷的体积发生了变化,如果对压电陶瓷加了压力但没有产生体积变化,就不会有电荷产生了?
(2)如果我对压电陶瓷加一个力使其体积减少产生电压,那么突然撤走压力后,陶瓷会体积增大回到原来的厚度,在这个体积增大的过程中有电压的产生吗,方向是否与原来家压力的时候相反?

[ Last edited by ZANCAI on 2012-8-11 at 03:53 ]
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tuhonghao

铜虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★
感谢参与,应助指数 +1
ZANCAI: 金币+4 2012-08-18 02:46:09
其实,这个问题并不复杂,很多人都能理解一些,但是很多人其实也没有完全理解清楚,我个人觉得涉及三方面问题:1,ABO3型结构;2,电介质极化;3,能量转换。
1,ABO3型矿物(如附件结构所示),我们也以图片为例来说吧,顶角为A位离子,面心为O粒子,在中间(注意:我并没有说他在中心)的为B离子,根据对称性,A位离子以及O的等效电荷中心必定在长方体的中心,且两者叠加等价为中心处一个负点电荷,具有压电性能的ABO3由于A位粒子半径偏小,在晶体内部留有空间,则B位离子并不是完全在中心处,可以靠上,也可以靠下,或者前后左右都行,在没有外加电场下取向完全随机,而B离子带正电,它的电荷中心就在它所处位置,这就造成正负电荷中心不重合,有就是存在极化。就像磁针一样发现了两个极。而且出现极化后,晶体并不是立方体而是长方体,如果极化在上下方向,则高比长和宽长,在前后方向和左右方向情况类似。由于正负电荷中心不重合,必然产生电场。
2,极化:要将压电性能演示出来并不是在陶瓷两端接两根线就可以的,必须要在制作电极,为了形象,我以放在水平面上一个长方体压电陶瓷片来说明。要检测其压电性,我们将烧制好的压电陶瓷上下制作上电极,再接上导线,再极化,然后就可以检测其压电性能。极化后陶瓷片里面绝大部分区域极化取向大致相同,我们假定绝大部分B位离子都处于长方体晶胞的靠上位置,则对于整个陶瓷片就等价于上表面带正电下表面,带负电的电容器,并形成一个电场,由于静电作用上表面的电极会吸附电子带上负电,下表面会带上负电(注意:金属盒陶瓷片间由于存在势垒,电子是不可以在两者间自由出入的)。这两个电极形成的电场与陶瓷体极化形成的电场叠加抵消。在这里我说一点对陶瓷体极化的重要性,前面说到单个晶胞在无电场下极化取向完全随机,这导致了,向上与向下,向左与向右,向前与向后极化的相互抵消。对外不显现极化。
3:说到最后一点了,能量转换:我们用导线接在两个电极上并用电表相连。虽然上下表面带点不同,但是由于内外电场相互抵消,是不会有电流的。当在陶瓷片上下施加一个力,力产生形变,电场平衡被破坏,必然会检测到电流的存在,直至重新平衡(注意:这个时候上下两个电极上还是有电荷的),电流表检测不到电流,再撤去外力,形变消除,此时,电场不平衡,上下表面电荷又要重新分布以至达到平衡。这过程中避讳检测到电流。这过程中能量为外界加压提供的机械能转化为电能的过程。而陶瓷体本身并没有提供什么能量。这也是为什么我们日常生活中电子打火机(打火位置有一块压电陶瓷),可以长时间使用,而并非一次性的。


8楼2012-08-12 15:38:35
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普通回帖

温暖的阳光

金虫 (正式写手)

也想知道。
2楼2012-08-11 07:46:23
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yaozi358

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★
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ZANCAI: 金币+2 2012-08-18 02:45:44
加压产生电荷是压电效应 没有体积变化就不能影响内部电荷分布 所以没有电荷 如果撤掉体积变化 肯定还是会有电荷产生 不过正负相反

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少灌水多研究
3楼2012-08-11 10:47:24
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wlwlh1065

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★
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dengwei_19: 回帖置顶 2012-08-11 22:29:21
ZANCAI: 金币+3 2012-08-18 02:45:32
1)压电性的产生是由于正负电荷中心不对称引起的,与体积变化没有必然联系。换句话说,如果体积发生了改变但正负电荷中心依然对称,则仍无压电性;
2)以石英为例。当施加应力后,原本重合的正负电荷中心分开,产生压电性;当撤去该力,正负电荷中心又重合到一起。没有相反电压的产生。
4楼2012-08-11 13:14:52
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ZANCAI

新虫 (著名写手)

dengwei_19: 回帖置顶 2012-08-11 22:29:22
引用回帖:
4楼: Originally posted by wlwlh1065 at 2012-08-11 13:14:52
1)压电性的产生是由于正负电荷中心不对称引起的,与体积变化没有必然联系。换句话说,如果体积发生了改变但正负电荷中心依然对称,则仍无压电性;
2)以石英为例。当施加应力后,原本重合的正负电荷中心分开,产生 ...

谢谢回复,但我还是不能明白。
(1)其实我是研究聚合物pvdf的,不知道你熟不熟悉,我记得压电pvdf好像就是一个大的偶极子,一端正,一端负,形成一个极化场,然后受压后体积改变了,极化场密度就变了,从而产生感应电荷。不知道对不对。
(2)我的意思是说在车去外力后,还需要一个过程回复到原来状态吧,那么在这个回复的过程中是否会有一个与原来相反的电压产生呢?
5楼2012-08-11 21:30:55
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ZANCAI

新虫 (著名写手)

送鲜花一朵
引用回帖:
3楼: Originally posted by yaozi358 at 2012-08-11 10:47:24
加压产生电荷是压电效应 没有体积变化就不能影响内部电荷分布 所以没有电荷 如果撤掉体积变化 肯定还是会有电荷产生 不过正负相反

谢谢回复,但好像楼下的解释跟你不一样哦,可否详细解释下呢。
6楼2012-08-11 21:31:50
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wlwlh1065

至尊木虫 (著名写手)

【答案】应助回帖


ZANCAI: 金币+1 2012-08-18 02:46:02
引用回帖:
5楼: Originally posted by ZANCAI at 2012-08-11 21:30:55
谢谢回复,但我还是不能明白。
(1)其实我是研究聚合物pvdf的,不知道你熟不熟悉,我记得压电pvdf好像就是一个大的偶极子,一端正,一端负,形成一个极化场,然后受压后体积改变了,极化场密度就变了,从而产生感 ...

做压电陶瓷的,对聚合物了解不多。我的一点理解是当聚合物发生形变时,形成偶极子的化学键发生改变,从而导致产生极性。
  撤去外力后,不会有相反的电压产生。举个例子,一个橡皮筋两端受得拉力为20牛,现在将两端拉力减小到5它牛,你不能说在这个过程是因为它受到向内拉力的作用吧。聚合物化学键应该也差不多。偶极子只是减小,并未反向
PS:不过倒可以理解为有准静态的逆向电流产生。
7楼2012-08-12 13:56:28
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ZANCAI

新虫 (著名写手)

引用回帖:
8楼: Originally posted by tuhonghao at 2012-08-12 15:38:35
其实,这个问题并不复杂,很多人都能理解一些,但是很多人其实也没有完全理解清楚,我个人觉得涉及三方面问题:1,ABO3型结构;2,电介质极化;3,能量转换。
1,ABO3型矿物(如附件结构所示),我们也以图片为例来 ...

你好,我做聚合物pvdf的,对陶瓷的结构不大懂。你大概的意思是不是陶瓷的正负电荷中心是不重叠的,但随机分布无压电性,极化后偶极子都取向一个方向了就有压电性。然后在用外力压它和撤消外力的时候会有方向相反的电压产生?
   另外你知不知道pvdf是否有相同的性质?
9楼2012-08-13 21:03:28
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ZANCAI

新虫 (著名写手)

是否有人能进一步解释下呢?
10楼2012-08-18 02:46:42
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