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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 材料区 » 无机非金属 » 陶瓷材料 » 请教陶瓷的压电性。
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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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1楼2012-08-11 02:58:28
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tuhonghao

铜虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★
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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。
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8楼2012-08-12 15:38:35
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yaozi358

金虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★ ★
感谢参与，应助指数 +1
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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ZANCAI
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。
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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？
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5楼2012-08-11 21:30:55
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