压电复合材料（通用12篇）
压电复合材料 篇1
目前, 基于压电效应的传感器已经普及, 并应用于社会生产各个方面, 因此对于压电效应以及压电材料的基础研究具有理论与实际意义。
1 压电效应
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用变形时, 内部会产生极化现象, 同时在某些表面上产生电荷, 当外力去掉后, 电介质表面又重新回到不带电的状态, 这种现象称为正压电效应。反之, 在电介质极化方向上施加电场, 它会产生机械形变, 当去掉外加电场后, 电介质变形随之消失, 这种现象称为逆压电效应。在自然界中大多数晶体具有压电效应, 但压电效应十分微弱。随着对材料的深入研究, 发现石英晶体、钛酸钡和锆钛酸钡等材料是性能优良的压电材料。
2 压电材料
目前, 在传感器中常用的压电材料有压电晶体、压电陶瓷和压电半导体等。
2.1 压电晶体
(1) 石英晶体:
石英晶体即二氧化硅 (SiO2) , 有天然石英晶体和人工石英晶体两种。它的压电系数d112.31 10-12 C/N-=×, 在几百度温度范围内, 压电系数几乎不随温度而变化, 当温度达到575℃时, 石英晶体完全失去了压电性质, 这就是它的居里点。石英的熔点为1750℃, 密度为2.65×103kg/m3, 有很大的机械强度和稳定的机械性质, 可承受高大68MPa~98MPa的压力。鉴于石英晶体有上述性质及灵敏度低、没有热释电效应 (由于温度变化导致电荷释放的效应) 等特性, 石英晶体主要用来测量大量值的力或用于准确度、稳定性要求高的场合和用来制作标准传感器。
(2) 水溶性压电晶体:
最早发现的是酒石酸钾钠 (NaKC4·H4O6·4H2O) , 它有很大的压电灵敏度和高的介电常数, 压电系数d113×10-9 C/N, 但是酒石酸钾钠易于受潮, 它的机械强度低, 电阻率也低, 因此只限于在室温和湿度低的环境下使用。
(3) 铌酸锂晶体:
1965年通过人工掉拉发法制成铌酸锂大晶块, 铌酸锂 (LiNbO2) 压电晶体和石英相同, 也是一种单晶体, 为无色或淡黄色。由于它是单晶体, 所以时间稳定性远比晶体的压电陶瓷高, 在耐高温的传感器上有广泛的应用前景。但是, 铌酸锂具有明显的各向异性力学性能, 与石英晶体相比它很脆弱, 而且热冲击性很差, 所以在加工装配和使用中必须小心谨慎, 避免用力过猛、急冷和急热。
2.2 压电陶瓷
压电陶瓷是人工制造的多晶体压电材料。材料内部的晶粒有许多自发极化的电畴, 它有一定的极化方向, 从而存在电场。在无外力电场作用下, 电畴在晶体中杂乱分布, 极化效应相互抵消, 压电陶瓷内极化强度为零, 因此原始的压电陶瓷呈中性, 不具有压电性质。
在陶瓷上施加外电场时, 电畴的极化方向发生转动, 趋向于外电场方向排列, 从而使材料得到极化。外电场越强, 就有更多的电畴极化方向都整齐地与外电场方向一致时, 去掉外电场后, 电畴的极化方向基本不变, 即剩余极化强度很大, 这时的材料才具有压电特性。
压电陶瓷的压电系数比石英晶体的大得多, 所以采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高。极化处理后的压电陶瓷材料的剩余极化强度和特性与温度有关, 它的参数也随时间变化, 从而使其压电特性减弱。
(1) 钛酸钡压电陶瓷:
最早使用的压电陶瓷材料是钛酸钡 (BaTiO3) , 由碳酸钡和二氧化钛按一定比例混合后烧结而成。它的压电系数约为石英的50倍, 但使用温度低, 最高只有70℃, 温度稳定性和机械强度都不如石英。系压
(2) 锆钛酸铅系列压电陶瓷 (PZT系列) :
目前使用较多的压电陶瓷材料是锆钛酸铅 (PZT系列) , 它是钛酸钡 (BaTiO3) 和锆酸铅 (PbZrO3) 组成的Pb (ZrTi) O3, 有较高的压电系数和较高的工作温度。
(3) 铌酸盐系列压电陶瓷:
铌镁酸铅是20世纪60年代发展起来的压电陶瓷。它由铌镁酸铅 (Pb (Mg·Nb) O3) 、锆酸铅 (PbZrO3) 和钛酸铅 (PbTiO3) 按不同比例配成的不同性能的压电陶瓷, 具有极高的压电系数和较高的工作温度, 而且能承受较高的压力。
2.3 压电半导体
近年来出现了多种压电半导体, 如硫化锌 (ZnS) 、碲化镉 (CdTe) 、氧化锌 (ZnO) 和硫化镉 (CdS) 等, 这些压电材料的显著特点是既具有压电效应, 又具有半导体特性, 有利于将原件和线路集成于一体, 从而研制出新型的集成压电传感器测试系统。表1列出了石英的切型和它的声表面波特性。
摘要：本文简介了压电效应以及压电材料, 并简述了其工作原理。
关键词：压电效应,压电材料
参考文献
[1]程守洙.普通物理学1[M].北京:高等教育出版社, 1998.
[2]朱自勤.传感器与检测技术[M].北京:机械工业出版社, 2005.
压电复合材料 篇2
介绍利用埋入复合材料梁的压电传感器和驱动器对其振动进行主动控制的`实验研究及其结果.利用埋入的压电传感器和驱动器对其进行模型识别而得出结构的动力学模型,再将该模型用于控制器的设计,其优点是当结构本身或者约束、环境等发生变化后,可对结构的模型重新进行在线识别,及时更新控制参数,避免控制失效,而且不需要事先知道结构的其他属性.应用最优控制理论的全维状态观测器技术,结合所选取的压电传感器和作动器识别的结构动力学模型,可以设计出其最优控制器.实验表明,传感器信号的频谱峰值最大可以被有效地降低20dB左右.
作 者：吴克恭 姜节胜 Janocha Hartmut 作者单位：吴克恭,姜节胜(西北工业大学,振动工程研究所,陕西,西安,710072)
Janocha Hartmut(德国萨尔大学,自动化过程实验室,萨尔州,德国,66123)
建筑项目中低压电气的安装施工 篇3
摘 要：低压电气施工是建筑项目施工中的重要内容之一，必须引起高度重视。本篇文章重点分析了低压电气系统的施工技术，详细探讨了配电装置、防雷系统、电机与电动执行器等几类常见电气系统的施工策略，得出了一系列可行性结论，希望对同行工作有所帮助。
关键词：建筑;低压电气;安装施工
如今，低压电气施工质量的控制，十分重要，施工人员必须严格按规范施工，紧密协调电气安装与其他工作间的交叉施工，必须针对建筑工程低压电气安装施工特点，在核心配电技术上严格完善，做好接地防雷工作，与此同时，建筑工程施工质量的好坏是与施工人员素质联系起来的，所以在施工质量控制的同时，提高施工人员素质，只有这样才能使我国建筑工程低压电气安装施工质量更上一层楼。
1.建筑项目低压电气施工特点
在探讨建筑项目低压电气施工技术之前，我们先对该系统的施工特点进行了解。首先，建筑低压电气系统的施工周期比较长，施工过程中涉及到的专业内容繁多，工序复杂。因此在具体施工前期，技术人员必须先结合工程实际情况，绘制一套实际可行的施工流程图，利用该流程图来指导施工工序。其次，低压电气系统施工中涉及到的管线预埋、接地网布设等工作都要与土建施工相配合，施工过程中要做好质量控制，防止质量隐患。最后，所有工序施工完成之后，要对系统作总体调试，并开展质量验收工作，确保低压电气系统的施工质量以及施工有效性。建筑项目低压电气施工容易受到外界因素干扰能，加之该系统部分施工工序需要与土建工程、给排水工程相配合，所以施工难度相对较大。另外，低压电气系统具有复杂性、专业交叉性特点，所以系统施工涉及的内容也比较多，质量隐患较大，施工期间必须做好施工质量管理。
2.中低压电气安装工艺分析
2.1配电设备安装
在低压电气安装施工中，准备工作的开展可谓是不可缺少的一部分，其主要是根据有关技术要去设置出合理的施工方案，选择科学的施工技术，从而达到经济、科学、合理的施工目标。在工程施工之前，需要详细的了解安装施工进度计划和施工方法，尤其是在梁、柱、地面以及房屋角落的连接方法更为关键。在配电设备安装中，主要指的是配电箱以及配电电能表的安装。由于配电箱和配电电能表一直都发挥着极为重要的作用，其在整个工作中都是不可缺少的。在现代化建筑工程中，由于配电箱和电能表的结构复杂、型号多样、数量多，大部分楼宇还要受到弱电控制要求，从而在施工的时候需要根据施工技术要求进行科学的施工。
2.2线路敷设工艺
在线路敷设工作中，主要包含了导线敷设方式和部位的选择、配线管加工、镀锌管和薄壁管施工以及镀锌管切割方式等方面进行分析和控制。插座、灯具开关、吊扇钩盒预埋时，应符合相关安装图纸要求，在施工定位时，应该严格的施工基本要求：左右、前后盒位允许偏差≤50mm，同一室内的成排布置的灯具和吊扇中心允许偏差≤5mm，开关盒距门框一般为150-200mm。在预埋安装施工过程中，需要根据现浇板的厚度要求，设置吊扇钩用l0圆钢先弯一个内径35-40mm的圆圈形式，把圆圈与钢筋缓缓地折成90度角，插入接线盒底的中间位置，然后再根据板厚把剩余钢筋头折成90度角，合理的搭在板筋上焊牢即可。
3.中低压电气安装施工质量控制措施
3.1配电装置以及配电箱施工
低压电气工程的中枢为配电装置。配电装置是分配电能的电气设备的总称，它包括线路及绝缘子，控制设备自动开关，配电箱，保护装置，自动装置，接地装置及补偿设备等。低压配电装置决定着整个系统的有效运行，一旦出现问题，将使整个系统瘫痪，影响供电可靠性以及人们的正常工作和生活。因此，配电装置的安装调试要尤为谨慎，其验收工作更要按照相关规范严格执行。在实际运行中，配电装置最常出现的问题是设计整定电流与开关实际动作电流不符的现象。若设计整定电流过小，开关经常跳闸、停电，影响正常使用;若整定电流过大，在系统出现电流过载或短路时，保护装置不起作用，极易造成安全事故，危机人们的人生和财产安全。
3.2避雷施工控制
在建筑工程低压电气安装施工中，防雷是其重要的施工项目。其接地装置的位置必须在地面以上并按照施工图纸设测试点，接地电阻值必须符合设计要求。防雷接地主要是干线的敷设。在干线敷设过程中，其埋设位置必须经人行通道处埋地深度不小于1m，当敷设完毕后必须均压。在处理接地模块时，接地模块应保持与地面水平或垂直方向，并与原土层联通。接地模块应集中引线，且引出线大于两处。当采取暗敷操作时，在抹灰层内的引下线应有固定装置，明敷的引下线应不弯曲，尽量平整，与支架焊接处用油漆防腐。变配电室的接地线多余两处与接地干线连接。接地线可采用金属构件以及金属管道来使用，当这种情况时，应在接地干线和接地线间连一根跨接线。
3.3低压电气的调试
为了保证各部件各环节能够正常运行并安全无故障，电气设备安装完成后，必须进行调试工作。在进行调试前，要对电气设备和电气线路进行测试，确认设施合格，一旦出现偏差，必须及时查找原因，并予以解决。对于电机类动力设备，要进行通电测试，检查其转向、转速等是否存在异常，一般来讲，需进行2h的空载试运行，对试运行期间的各种参数进行详细记录和分析，切不可走过场，如果不能及时发现问题，将隐患带至使用阶段，以致造成安全事故。对于照明系统，应进行通电试验，确认开关与灯具的控制次序是否对应，公用建筑的照明设备要持续通电24h，居民用电的照明设备要持续通电8h，所有的设备要同时开启，不间断地对系统进行监测，除保证照明正常外，还要监测电流等细节，以确保系统的稳定可靠。
4.结束语
电气工程在建筑物中是必可缺少的组成部分，建筑内的电力、照明、冷暖热源等都依靠低压电气工程发挥作用。而且电气安装的质量也会直接影响到建筑工程的整体质量。如果电气系统出现问题，整个建筑的使用就会出现问题。因此，加强对建筑工程低压电气安装施工技术研究，就显得至关重要了。
参考文献：
[1]鲁武林.中低压电气安装施工失效模式与影响[J].企业文化，2012
压电陶瓷材料何去何从 篇4
压电陶瓷的发现与发展已有50余年, 其品种繁多, 应用广泛, 在国民经济、现代科学技术、现代国防中举足轻重[1]。随着科学技术的飞速发展, 对压电陶瓷的性能也有了更高的要求, 使得无铅、复合、纳米、高居里点、PLZT透明铁电陶瓷等成为目前的研究重点, 随着压电陶瓷制作工艺的改善, 材料结构认识的深入, 压电陶瓷领域必有日新月异的发展。
1. 压电陶瓷体系介绍
1.1 当今压电陶瓷应用最广的体系:铅基压电陶瓷
目前, 在压电陶瓷应用领域占统治地位的是以Pb Zr O3-Pb Ti O3 (简记为PZT) 为基的二元系以及多元系陶瓷具有在超声振荡器、陶瓷过滤器、高效换能器等领域中有优异的机电性能。将来在压电材料与器件应用中, 高端应用 (主要指医疗和军事) 还是要用铅基压电陶瓷材料与器件, 而对大量的中端应用和低端应用, 将选用无铅压电陶瓷材料与器件[1]。因此, 为了提高性能, (1) 在工艺上提出改进措施[2]:可以采用共沉淀法制造细粉, 从而使原料混合均匀;在保证性能的前提下尽可能地降低成本, 实现PZT陶瓷的低温活化烧结是一种不错的方法[3]。 (2) 在掺杂改性方面:通过改变Zr/Ti的比和掺杂来扩大压电陶瓷的应用范围。如Ba2+置换部分Pb2+后使压电陶瓷的Qm增大, 频率温度稳定性得到改善。Ca2+置换部分Pb2+后使频率温度稳定性得到改善, 但kp和Qm略有所降低。Sr2+置换Pb2+后使kp和Qm增大, 频率温度稳定性得到改善。La3+取代了A位的Pb2+, 形成的Pb1-xLax (Zr1-yTiy) 1-x/4O (PLZT) 透明铁电陶瓷材料[4], 具有优越的介电性、铁电性、压电性、电光性及热释电性, 在铁电领域中拥有重要地位, 广泛应用于微电子学、光电子学、集成光学和微电子机械系统等领域。Cr2O3的加入能明显地提高时间稳定性和温度稳定性, 同时使Qm和介质损耗增加, kp和体积电阻率下降[5]。目前, 铅基系列陶瓷因其优良的压电性能而得到广泛的应用, 但这类陶瓷含有占原料总重量的70%左右的Pb O (或P3O4) 。因为它们有极强的挥发性和极大的污染性, 所以未来铅基压电陶瓷材料的使用必将大大减少。
1.2 当前压电陶瓷材料研究的热点之一:高温压电陶瓷材料
作为一种新型功能材料, 高温压电陶瓷材料被广泛应用于航天、核能、汽车、石化、冶金、发电、地质勘探等众多领域, 故其有着广阔的应用前景, Feng等[6]采用传统固相烧结反应法合成了相组成位于准同型变晶相界 (简称MPB) 附近, 具有纯钙钛矿相结构的高居里点0.355Bi Sc O3-0.645Pb Ti O3 (BSPT) 陶瓷, 此时可达到最佳的压电性能 (TC=4 3 8℃, d33=500p C/N) 。
1.3 当前压电陶瓷材料研究的热点之二:无铅压电陶瓷
1.3.1 Ba Ti O3基无铅压电陶瓷
Ba Ti O3基压电陶瓷, 具有很高的介电常数、较大的机电耦合系数和压电常数、中等的机械品质因数和较小的损耗等特点。其主要用作电容器材料及热敏电阻 (PTC) 材料等方面。虽然Ba Ti O3陶瓷是目前研究相当成熟的压电陶瓷, 但存在以下方面的不足[7]:其压电铁电性能属于中等水平, 难于通过掺杂大幅度改变性能, 故其无法满足不同的需要;B a T i O3陶瓷的工作温区较窄, 居里点不高 (约120℃) , 在0℃附近存在有相变, 而且温度稳定性较差, 因此仅适用温度区间很窄的区域;Ba Ti O3陶瓷一般需要高温烧结 (1300~1350℃) , 故其烧结存在一定难度, 也不利于节能。在很大程度上限制了其应用, 但是Ba Ti O3最大的优势就是低污染性, 其中改性得到的Ba (Ti1-xZrx) O3 (B Z T) 体系, 烧结温度低, 相对密度达95%, 压电性能极佳 (d33>300p C/N, k33高达65%) , 工作温区拓宽 (-30~+80℃) 。但总的来说, 人们对于该系列材料研究已长达五六十年了, 因此其压电性能的提高潜力不大[8]。
1.3.2 铌酸盐系无铅压电陶瓷
1.3.2.1碱金属铌酸盐陶瓷KxNa1-xNb O3 (简写为KNN) 体系被认为是最具吸引力的无铅压电陶瓷体系之一, 要使KNN体系压电陶瓷实用化并扩展器件应用范围, 还需进一步优化该材料体系的性能, 性能优化的途径主要包括如下以下3个方面[9]: (1) 对KNN基陶瓷进行掺杂改性研究, 如通过在K0.5Na0.5Nb O3中掺杂Cu2+、Mn2+及Li+等离子来提高压电活性; (2) 通过在陶瓷基体中加入第二种甚至第三种组成物, 使之与基体陶瓷组元形成固溶体得以提高性能; (3) 研究和应用新的制备技术。其中Y.Saito等人[10]采用Li+和Ta5+、Sb5+同时对KNN的A位和B位进行部分取代, d33可达300p C/N。臧国忠等人[17]研制出了 (Na0.5K0.5) 1-x (Li Sb) xNb1-xO3体系, 该陶瓷具有优异的性能:d33>260 p C·N-1、kp>50%、εr>1300、tanδ<0.02、Tc约390℃。
1.3.2.2钨青铜化合物是仅次于 (类) 钙钛矿型化合物的第二大类铁电体, 其特征是存在[BO6]式氧八面体, B为Nb5+、Ta5+或W 6+等。铁电钨青铜结构铌酸盐大多数具有优良的电光或非线性光学性质, 它们的电光系数比较大, 半波电压比较低, 是一类很有前途的铁电、电光晶体材料。一般说来, 钨青铜化合物具有自发极化强度较大、居里温度较高、介电常数较低等优点, 因此近年来, 钨青铜结构铌酸盐陶瓷作为重要的无铅压电陶瓷体系越来越受到重视[11]。
1.3.3 铋层状结构无铅压电陶瓷
铋层状结构化合物的通式为: (Bi2O2) 2+ (Ax-1BxO3x+1) 2-, 此处A为适合于12配位的1、2、3、4价离子或它们的复合, B为适合于八面体配位的离子或它们的复合, x为整数, 其值一般在1~5之间。一般来说, 钙钛矿层数x越大, 相应的压电活性越高, 但TC越低。铋层状结构压电陶瓷材料具有以下特点:低介电常数、高居里温度、机电耦合系数各向异性明显、高绝缘强度、高电阻率、低老化率、自发极化强、机械品质因数较高和烧结温度低等。这类材料适合于滤波器和高温高频场合, 在铁电存储器领域也有广泛的应用前景。但这类陶瓷材料有两个缺点:一是压电活性低, 这是由其晶体结构决定其自发转向受二维限制所致;二是Ec高, 电阻率低, 不利于极化。这也是研究的难点和热点[9]。
1.3.4 Bi0.5Na0.5Ti O3 (简记为BNT) 基无铅压电陶瓷
BNT是1960年由Smolensky等人发明的钙钛矿型铁电体。室温时属三角晶系, Tc为3 2 0℃。B N T陶瓷具有铁电性强 (Pr=38μC/cm2) 、机电耦合系数和各向异性较大 (kt约为50%, kp约为13%) 、相对介电常数较小 (2 4 0~3 4 0) ;热释电性能与B a T i O3、P Z T等相当;声学性能好 (Np=3200Hz·m) , 在超声学方面较PZT优越, 具有无毒和很好的机械性能等优点[12], 通过国内外学者长期的复合改性及掺杂改性研究, 现已成功解决了该材料体系矫顽场强较高 (Ec=73×103V/cm) 、致密性较差的缺点, 研发了一系列有实用化前景的BNT基无铅压电陶瓷体系[12]。如掺杂改性的BNT基陶瓷0.96[Bi1/2 (Na0.84K0.16) ]Ti O3-0.0 4 S r T i O3, εr=8 6 8, kt=0.343, kp=0.15, d33=185p C·N-1, TC=280℃[16]。这些特性决定了该体系陶瓷在制作高频超声换能器和声表面波器件具有独到的优势, 能用于开发具有实用价值的高频谐振器、高频传感器及超声探测器等器件, 还可用于制作压电变压器、低频宽带换能器及大功率声电转换器件的压电陶瓷材料[1 2]。
1.4 当前压电陶瓷材料研究的热点之三:压电复合材料
由压电陶瓷相和聚合物相组成的压电复合材料是上世纪70年代发展起来的一种多用途功能复合材料。与传统压电陶瓷相比, 具有更好的柔顺性和机械加工性能、密度小、声速低、易于空气、水及生物组织实现声阻抗匹配。这使压电复合材料能在水听器、生物医学成像、无损检测、传感器等诸多方面被广泛地用作换能器。目前压电复合材料制备比较常用的方法有切割-填充法和排列-浇注法, 热压法, 浸渍法等, 比较先进的有熔模法、浇注法、挤出法和激光加工等方法[13]。
1.5 当前压电陶瓷材料研究的热点之四:纳米压电陶瓷
纳米压电陶瓷研究的重点大都是从研究过的材料中发掘出新效应, 从控制材料组织和结构入手, 开发新材料[14]。日本对钛锆酸铅 (PZT) 与粘性极好的金属 (如Ag和Pt) 粉末合成, 研制出了长寿命的压电陶瓷, 并将它转换成纳米结构。通过测试展示出该压电陶瓷有极好的力学和电性能, 应用前景广阔。
2. 压电陶瓷的制备技术
(1) 压电陶瓷制备常用的方法有:固相法、溶胶-凝胶法、水热合成法、熔盐法、共沉淀法、电化学法等[15]。
(2) 制备压电陶瓷采用新技术有压电厚膜技术、陶瓷晶粒定向技术、放电等离子烧结技术等, 以达到提高压电陶瓷性能的目的[15]。
3. 未来展望
高压电警示语 篇5
2. 安装电器要仔细外壳金属要接地
3. 电杆周围莫取土防止倒杆出事故
4. 小失误诱发大事故。
5. 管理上多一点失误，生产中多一个事故。
6. 处处小心，安全是金。
7. 抓三违良言入耳三冬暖，保安全苦口婆心万人安。
8. 安全是生命的延续，违章是生命的终结。
9. 我不伤害他人，我不伤害自己，我不被人伤害。
10. 安全是企业发展的血液，安全是家庭幸福的保障。
11. 宁可听到骂声，绝不听到哭声。
12. 违章是事故的根源。
13. 安全不抓只看，等于养虎为患。
14. 安全警钟天天响，违章指挥你别想。
压电复合材料 篇6
【关键词】道路光电—压电式能量自足系统；储能核心；输出端口；节能环保
1.引言
随着我国社会的进步与发展，不论是公路还是铁路，数量上猛增的同时，覆盖范围也更为广泛。这就使得原有的道路供电系统出现供电不足、供电范围小、供电电网大规模建设等一系列问题。另外，也造成了大量的电力消耗和发电过程中的不环保现象突增，使我国环保问题迟迟得不到解决。这些问题都与人类社会发展的能源和环境要求相违背，亟需我们去解决。而本文所介绍的道路光电—压电式能源自足系统就是结合了太阳能和压电式发电来为道路系统提供能源，为解决相关问题提供了一种新的思路。
2.研究背景
2.1相关技术介绍
2.1.1太阳能。
太阳能是可再生能源，利用光电材料制作的太阳能发电装置具有环保、结构简单，成本低，易于实现等优点。但是由于太阳能密度不受人控制，加之不同地区、不同地形所收到的太阳能存在差异，很难合理有效的利用，故此太阳能的利用范围并不广泛。
2.1.2压电效应。
压电体受到外机械力作用而发生电极化，并导致压电体两端表面内出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与外机械力成正比，这种现象称之为正压电效应。自居里夫人发现压电效应以来，机械能的回收利用技术也得到了长足的发展，压电陶瓷正是基于该原理诞生的，利用压电效应提供能源越来越受人们的重视。
2.1.3道路光电—压电式能源自足系统。
基于上述光电式-压电原理来开发适用于道路使用环境的光电-压电发电技术，围绕采用光电-压电方式来收集道路中的能量，构建道路交通用电自足系统，从而达到节能、环保的目的。针对道路中大量存在的太阳能和机械能，将其收集起来并转换为电能，供给道路基本设施的用电，以此减少对电网的依赖以及对电网电能的消耗，迎合可持续发展的大方向。
2.2相关技术的研究现状
2.2.1国内研究现状。
在道路新能源利用领域，我国已经开始利用太阳能、风能等新能源发電设施来为道路系统补充能源；利用压电材料作为路面车辆的感知系统，从而测车重等，很少涉及到利用压电效应来发电。此外，我国将两种方式结合的研究也还不够成熟。
2.2.2国外研究现状。
光电式发电是将光能转化为电能的技术，在国外已是较为成熟的技术。另外以色列的一家公司于 2008 年宣布研制出了基于压电换能器的路面能量收集系统（IPEGTM）。但是将这两种方式结合起来运用的研究也极少。
3.研究意义
光电式发电是将光能转化为电能的重要技术，已在实际中得到了广泛的应用，而压电式发电技术也渐渐在交通领域中出现。但目前，就将光电式与压电式有机的结合在一起的研究还不是特别成熟，都是基于理论研究，本研究希望能研发出适合于道路中能量收集的光电-压电式装置，在不同的实际路况中能持续高效的发电。
构建的道路能量自足系统，可以简化道路的电网结构，减少电网的负担，减少因火力发电而造成的污染与浪费，同时对大气环境也起到改善作用，提高道路用电的独立性，对当今社会的发展具有很大的实际意义。
4.道路光电—压电式能量自足系统的构建
光电-压电式是将光能和机械能等能量，通过能量转化装置转化为电能，然后经能量输入端口将电能储蓄起来，最后用于道路照明、交通信号灯和道路中其他用电系统。其模型如图1所示。
4.1光电输入端口
4.1.1光伏发电基础。
太阳能电池板组所输出的电流为直流电，为了适应交通用电设施的规格，应对光伏发电装置的输出电流进行逆变。通常的光伏逆变器采用电压型逆变的拓扑结构。
系统采用三相桥的电路结构，逆变电压通过电感与储能装置的端口相连接。系统的控制目标即是使逆变器输出的正弦波电流的频率与电网电压的频率相同，以达到将光伏发电设备的电能顺利输入储能装置的目的。
4.1.2光电输入方案。
在此系统中光伏发电作为系统的重要能量来源，必须提高本模块的能量转换效率，尽可能转换利用有限的太阳能资源。
系统中的太阳能光伏发电机构提供两种开发方案，两个方案有不同的适用情况。方案一：跟踪太阳高度的太阳能电池板角度调整装置，根据当地纬度以及太阳高度变化情况设定周期的电池板调整计划，通过在单片机内集成计时器进行控制；方案二：固定太阳能电池板位置，减少成本，但发电量减少，电池板角度通过纬度及安装方法确定。
4.2压电输入端口
4.2.1压电发电基础。
压电发电是根据行车数量和车辆通过的最大重量确定压电陶瓷在路面下的铺设深度，利用压电材料将机械能转化为电能的的正压电效应，将转化电流输入储能设备。
4.2.2压电发电特性分析。
压电发电装置主要由压电振子组成，而压电压电振子发电能力的性能指标主要有电压（）、电流（）、输出功率（）、电量（）。通过对陶瓷压电片材的静力学分析（不考虑压电片中间粘结剂的影响），计算压电振子受外界激励时产生的电量（）。
对于型压电元件，在外界激励作用下只有轴向位移的能力，其下上下表面会产生压电电荷，此时压电元件就相当于一个电容，电容在两极激发电荷后就相当于存储了一定的能量。d33型压电元件的功率为：
式中：-压电元件所承受的压力； -压电元件的厚度；
-压电元件的尺寸；-加载频率；
-压电材料的自由介电常数，；
-压电材料的真空介电常数，；
-压电系数。
对于埋置在路面内部的压电换能器，假设换能器所转换的电能全部输出并储存，根据下式可计算出换能器在一次标准轴载通过后所转换的电能：其中，为表面所带电荷量；表示开路条件下换能器两端电势差；为压电陶瓷面积；为压电陶瓷厚度；为压电陶瓷的真空介电常数；为压电陶瓷的相对介电常数。
4.3储能核心
储能核心作为本系统的能量中转部分，在系统中起着极其重要的作用。由于储能设备在布置上被置于地下，故在技术上要满足足够的防水和耐腐蚀的性能，设置一定的安全检测装置并且拥有多个输出端口和预留端口。
储能在分布式发电中起的作用可概括为；（1）对系统起稳定的作用。能量存储使得分布式发电机即使在负荷波动较快和较大的情况（系统达到峰荷时） 下能够运行在一个稳定的输出水平；（2）适量的储能。可以在发电单元不能正常运行的情况下起过渡作用。
4.4输出端口
道路照明设施的接通应该为道路的光照强度低且有车辆通过的时候，由于系统本身应用范围定位在偏远的电网难以架设或架设成本高的地区，故在照明的输出控制方面以太阳能光伏电池板的输入电能和压电发电设备的输入电能作为信号源，对照明设施进行逻辑控制，完成车辆来时的提前亮灯以及照明灯的延时熄灭的功能。
4.4.1照明输出设施。
如图2，以三个路灯为一組收集能量共同输入一个储能设备，并使用同一个输出控制端口，当光电输入信号为逻辑信号0时，表示光线很暗，此时若①端或③端有压电逻辑信号1输入，则表示有车辆通过，则通过延时的电磁继电器控制输出电路接通，即三个灯泡全亮。
4.4.2照明输出电路控制参数的确定
4.4.2.1每组设备的设备数量及设备安放间隔距离的确定
在输出设备的控制要求下，系统以两个及以上单体设备为一组，保证在系统两端有压电逻辑信号1输入时，则整组系统的照明设备都开启，以达到适用于双行车方向的提前照亮行车路径的功能目标。
4.4.2.2照明时长的确定
端口的照明时长应根据该路段理论最小车速，每组中响铃两设备间距离以及每组设备个数来确定。功能上应满足在每组设备照明开启到关闭保证行车触发后续的照明组，即应该有
其中为延时照明余量。
5.结论与展望
光电-压电式道路自足系统作为一种新型的道路供配电系统，是一种将可再生资源转化成电能的绿色能源利用技术，具有广泛的应用前景和低碳意义，顺应低碳经济、节能环保的时代主题。 虽然该系统还仅仅只是一个设想，仍有许多问题有待进一步深入研究，但是其优越的绿色、环保和节能能力是其它系统所不能比拟的，相信在未来会有更多的地区和人们会选择这种能量自足系统。
参考文献：
[1]赵鸿铎，梁颖慧，凌建明.基于压电效应的路面能量收集技术[J].上海交通大学学报，2008，1-2.
[2]赵晓康.压电发电技术在道路应用中的可行性研究[D].长安大学.2013.
[3]王强.基于压电材料的振动能量采集技术的研究[D].江苏：江苏大学，2008：2-15.
[4]王雪文.太阳能电池板自动跟踪控制系统的设计[N].西北大学学报.2004.4.
[5]程华，徐政.分布式发电中的储能技术[J].浙江大学.2003.6：4-7.
超声压电马达用陶瓷材料的研究 篇7
超声压电马达是利用压电陶瓷的逆压电效应来驱动的，材料性能的好坏是能否成功研制超声压电马达的关键之一。一般来说，陶瓷材料要能满足以下要求[1]：
(1)高的机电耦合系数。
(2)高的机械品质因数。
(3)高的压电常数。
(4)低的介质损耗。
一般说来，Qm提高的话，kp、d33就会降低，所以我们希望在保证高Qm情况下，尽可能提高压电应变系数d33和机电耦合系数kp。
本文着重以压电陶瓷材料的介电性能、压电性能和烧结密度等为研究对象进行研究。从而找到适用于研制超声压电马达的综合性能较好的
压电陶瓷材料配方。
1 实验过程
1.1 样品制备
用原料四氧化三铅Pb3O4(化学纯)、二氧化锆ZrO2(化学纯)、二氧化钛TiO2(化学纯)、三氧化二锑Sb2O3(化学纯)、碳酸锰MnCO3(化学纯)、碳酸钡BaCO3(化学纯)、碳酸锶SrCO3(化学纯)和氧化物固相反应工艺制备实验样品。根据PZT二元系相图、PMS三元相图和相关文献[1,2,3,4]以及掺杂机理，选取的配方为:
1.2 性能表征
样品烧结的好坏可以较直观地反应在密度上，样品密度依据阿基米德原理可得样品的体积密度ρv。利用阻抗分析仪(HP4194A)，测试圆片试样在1kHz下的电容量Cf和介质损耗tgδ，由平板电容器公式可求得样品的相对介电常数εr。使用ZJ-3A型准静态d33测量仪直接测d33值。
2 结果与讨论
2.1 介电性能
(1)PBSZTMS系列的介电性能
图1为常温下不同MnSb2O6添加量和不同Zr/Ti对Pb0.95Ba0.03Sr0.02(Zr1-yTiy)O3+xwt%MnSb2O6(PBSZTMS)介电特性的影响。由图1可知，Zr/Ti比值为52/48、50/50的样品其介电常数εr随着MnSb2O6添加量的增大先增加后减少，分别在MnSb2O6添加量为1.5wt%、2.0wt%时达到极大值。而Zr/Ti比值为54/46的样品其介电常数随着MnSb2O6添加量的增加而降低，在MnSb2O6添加量为1.0wt%时最大。Zr/Ti比值为56/44的样品其介电常数随着MnSb2O6添加量的增加而增加，但增幅很小，在MnSb2O6添加量为2.5wt%时最大。当MnSb2O6的添加量一定时(除2.0wt%外)，样品的介电常数随着锆含量的增大先增加后减少，在锆钛比为52/48时取得极大值。而当MnSb2O6的添加量为2.0wt%时,样品的介电常数随着锆含量的增加而降低。
(2)PBSMSZT系列的介电性能
图2为常温下不同MnSb2O6含量对Pb0.95Ba0.03Sr0.02(MnSb2O6)x/3(Zr54Ti46)1-xO3(PBSMSZT)介电特性的影响。由图2可知，Zr/Ti比值为54/46的样品其介电常数εr和介质损耗tgδ随着MnSb2O6含量的增加先减少后增大，当MnSb2O6含量x=0.05时达到极小值。
2.2 压电性能
(1)PBSZTMS系列的压电性能
图3为不同MnSb2O6添加量和Zr/Ti对PBSZTMS压电特性的影响。由图3可知，Zr/Ti比为52/48、50/50的样品其压电常数d33随着MnSb2O6添加量的增大先增加后减少，分别在MnSb2O6添加量为1.5wt%、2.0wt%时达到极大值。这与图1介电常数的变化趋势相同。而Zr/Ti比值为54/46、56/44的样品其压电常数d33随着MnSb2O6添加量的增加先减少后增加，在MnSb2O6添加量为1.0wt%时最大。结合图1介电常数的变化趋势可知，随着Zr/Ti的增加，PBSZTMS系列的性能最优点往MnSb2O6添加量较低的方向移动。而压电陶瓷的介电和压电性能最优点一般都出现在材料的准同型相界处[5,6,7]，即四方-三方相界附近。也就是说，随着Zr/Ti的增加，PBSZTMS系列材料的准同型相界往MnSb2O6添加量较低的方向移动。这可能是因为，随着MnSb,Zr/Ti的增加，陶瓷相结构从四方相渐渐变为三方和四方共存，最后变为三方相[1,3]。所以，Zr/Ti越大，使陶瓷物相调节到准同型相界附近需要加入的MnSb量便越小，即需要添加的MnSb2O6的量越小。
当MnSb2O6的添加量一定时，样品的压电常数随着锆含量的增大先增加后减少，在锆钛比为52/48(除MnSb2O6的添加量为1.0wt%的样品外)时取得极大值。而当MnSb2O6的添加量为1.0wt%时,样品的压电常数的极大值出现在锆钛比为54/46处。结合介电常数的变化趋势可知，当MnSb2O6的添加量一定时，在锆钛比为52/48时综合性能达到最优。因此，可推测锆钛比为52/48附近的组成应处于准同型相界内。对比PMSZT5处于准同型相界内时的锆钛比为47/48[1]，表明少量Sr2+、Ba2+的共同添加使准同型相界向锆钛比值更大的方向移动。
Zr/Ti比值为54/46的样品其压电常数g33随着MnSb2O6添加量的增大先增加后减少再增加，在MnSb2O6添加量为1.5wt%时达到极大值37Vm/N。即使在MnSb2O6添加量为2.0wt%时g33的最小值也约有30Vm/N，这可满足需要高g33或高d33×g33等应用领域对材料性能的要求。
(2)PBSMSZT系列的压电性能
由图4可知，Zr/Ti比值为54/46的样品其压电常数d33、g33随着MnSb2O6含量的增大先增加后减少，在MnSb2O6含量x=0.05时达到极大值。
当Zr/Ti一定时，加入适量的MnSb可使陶瓷物相调节到准同型相界附近。可以看出，对于PBSMSZT系列配方，综合性能较优的组成点出现x=0.05处：εr≈919,tgδ≈0.35%，d33≈166pC/N,g33≈20Vm/N。这与陆翠敏等[1]的实验结果是一致的。
2.3 烧结致密度
体积密度是衡量陶瓷元件机械强度和电性能参数的重要标志之一，测定体积密度可判断烧结质量的好坏。样品密度依据阿基米德原理，根据公式测得样品的体积密度ρv。
由图5可知，Zr/Ti比值为52/48、50/50的样品体积密度随着MnSb2O6添加量的增大先增加后减少，在MnSb2O6添加量为1.5wt%时达到极大值。Zr/Ti比值为54/46的样品体积密度随着MnSb2O6添加量的增大先减少后增加，在MnSb2O6添加量为1.5wt%、2.5wt%时分别达到极小值和极大值。Zr/Ti比值为56/44的样品其体积密度随着MnSb2O6添加量的增大而减少，在MnSb2O6添加量为1.0wt%时最大。
当MnSb2O6的添加量为1.0wt%、1.5wt%时，样品的体积密度随着锆含量的增大先减少后增加，分别在锆钛比为52/48、54/46时取得极小值;当MnSb2O6的添加量为2.0wt%、2.5wt%时，样品的体积密度随着锆含量的增大先增加后减少，在锆钛比为54/46时取得极大值。由此可知，在锆钛比为54/46时，PBSZTMS系列样品的体积密度相对较大，结合前面锆钛比为54/46时介电特性和压电特性的变化趋势，可以推测，在锆钛比为54/46时较容易获得低介电常数，高致密度，高d33×g33、低介质损耗的压电陶瓷材料。在Zr/Ti比值为54/46、MnSb2O6添加量为2.5wt%时，综合性能为：εr≈799,tgδ≈0.29%，d33≈246pC/N,g33≈35Vm/N，平均体积密度为7.68g/cm3。
由图6可知，Zr/Ti比值为54/46的样品其体积密度随着MnSb2O6含量的增加不断而增大。同时，PBSMSZT系列样品的体积密度相对比图PBSZTMS系列配方样品的体积密度要明显大很多。从配料的角度分析，主要是由于铅含量的不同造成的。在Zr/Ti相同，MnSb2O6掺入量相近的情况下，PBSMSZT系列样品的铅含量明显要比PBSZTMS系列样品高出许多。例如，经计算对比Pb0.95Ba0.03Sr0.02(Zr54Ti46)O3+2.0wt%MnSb2O6与Pb0.95Ba0.03Sr0.02(MnSb2O6)0.05/3(Zr54Ti46)0.95O3中的铅含量可知，后者比前者高出了约1.0wt%。根据Pba(Mn1/3Sb2/3)0.05Zr0.47Ti0.48O3陶瓷体密度和铅含量的关系[1]。在铅含量a=1.02时，密度达极大值。铅未过量(a=0.95,0.98)试样的体密度明显低于铅含量a=1的组成。这与本实验结果是一致的。
2.4 对比实验
选取了以下配方进行详细对比：
实验对比配方1号与配方2号的实验结果(表1)，发现2号配方中MnSb2O6的添加使致密度相对略有提高，介电常数εr和介质损耗tgδ降低，压电常数d33增大。其原因可能是1.2wt%MnSb2O6的添加量使配方2号中MnSb2O6的含量处于PBSMSZT系列中0.02
而2号配方与配方3号对比(表1)，发现2号配方中少量Sr2+、Ba2+的添加使致密度明显降低，介电常数εr提高，介质损耗tgδ增大，压电常数d33增加。其原因可能是：Sr2+、Ba2+是碱土金属离子，化学键性质与Pb2+差不多，且它们的离子半径与Pb2+的离子半径相近，当配位数为12时，rSr2+=0.144nm,rBa2+=0.161nm,rPb2+=0.149nm。同时加入少量Sr2+、Ba2+后，它们取代Pb2+占据钙钛矿型结构ABO3中的A位，虽不改变晶体结构，但却因为离子半径的大小的差异，引起晶格畸变，使材料总的晶格体积增大，样品致密度下降(表1)，同时整个晶体结构活动性增强，使四方相向立方相转变容易进行。其外在表现为材料的居里温度下降，介电常数εr得到提高。另外，Sr2+、Ba2+的加入，由于SrTiO3的Tc=-5℃,BaTiO3的Tc=120℃，居里温度都较低，根据加和原则，居里温度曲线向左发生平移，所以在降低居里温度的同时，室温下的介电常数εr得到提高。当Zr/Ti相同时，加了Sr2+、Ba2+的试样(配方2号、5号)的介电常数分别要比未加Sr2+、Ba2+的试样(配方3号、4号)的介电常数高很多。
在锆钛比相同的情况下，Sr2+、Ba2+的掺杂提高了压电常数d33，例如：配方3号和配方2号锆钛比相同，配方4号和配方5号组成点锆钛比相同。但配方2号、5号的压电常数d33分别比配方3号、4号提高不少。具体见表1。这也验证碱土金属离子掺杂改性的一个性质，即：在一定的范围内，碱土金属离子置换Pb2+使得居里温度降低，因此导致介电常数显著增加，压电常数有所增加。同理，4号与配方5号的实验结果对比列于表1。
结合以上实验和分析的结果，实验选取了配方Pb(MnSb2O6)0.03/3(Zr0.52Ti0.48)0.97O3+0.76wt%MnSb2O6(6号)进行对比实验，获得了综合性能较好的陶瓷材料：εr≈698,tgδ≈0.28%，d33≈200pC/N,g33≈32Vm/N,kp≈0.50,Qm≈979,kt≈0.84，平均体积密度为7.84g/cm3。该压电陶瓷材料兼具高压电活性、高机械强度和低机电损耗，满足超声压电马达的研制要求。
3 结论
对于Pb0.95Ba0.03Sr0.02(Zr1-yTiy)O3+xwt%MnSb2O6(PBSZTMS)系列配方，在x=1.5、Zr/Ti=52/48附近获得了优越的压电活性：εr≈1547,tgδ≈0.39%，d33≈371pC/N,g33≈28Vm/N，这在一定范围内可以满足超声压电马达对材料压电活性的要求。
对于Pb0.95Ba0.03Sr0.02(MnSb2O6)x/3(Zr54Ti46)1-xO3(PBSMSZT)系列配方，综合性能较好的组成点出现在x=0.05处：εr≈919,tgδ≈0.35%，d33≈166pC/N,g33≈20Vm/N，平均体积密度为7.76g/cm3;随着x的增加，样品的致密度在一定范围内不断增大。
对于PbaBabSrc(MnSb2O6)x/3(Zr1-yTiy)1-xO3+zwt%MnSb2O6系列配方，当a=1,b=0,c=0,x=0.03,y=0.48,z=0.76时，获得了综合性能较好的陶瓷材料：εr≈698,tgδ≈0.28%，d33≈200pC/N,g33≈32Vm/N,kp≈0.5,Qm≈979,kt≈0.84，平均体积密度为7.84g/cm3;该压电陶瓷材料兼具高压电活性、高机械强度和低机电损耗，有望满足超声压电马达的研制要求。
参考文献
[1]陆翠敏.大功率基PMSZT压电陶瓷的机电性能及稳定性研究:[博士学位论文],天津:天津大学,2006
[2]晏伯武.PBSZT压电陶瓷机械损耗和介电损耗的关联性[J].功能材料与器件学报,2008年03期
[3]诸爱珍.PZT二元系压电陶瓷的掺杂改性[J].江苏陶瓷,1995,3:31-35
[4]孙琳.铌锌-铌锡-锑锰-锆钛酸铅系压电陶瓷组成和性能的研究:[D],天津:天津大学,2003
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[6]Chen H Y,Mend Z Y.Effect of ratio Zr/Ti the properties of PMMN-PZT ceramics near the morphotropicphase boundary.Materials Science and Engineering,2003,B99:433-436
压电复合材料 篇8
自20世纪80年代具有实用价值的超声电机被研制成功后, 超声电机得到了迅速的发展, 目前已经在如数码相机等民用领域得到了广泛的应用。但是, 现有经典的贴片式行波超声电机的专利大多掌握在日本以及西方国家手中, 而且从此类超声电机的出力等指标看, 其发展在我国并不具有市场和技术优势。超声电机的固有优点使其在机器人关节驱动以及航空航天领域具有巨大的潜在应用价值, 但现有行波超声电机其构型特点和输出能力都无法满足上述领域的需求, 因此, 研制具有强力输出特性和高工作稳定性的超声电机就成为了该领域的一个关键问题。著者的课题组研制的多种超声电机已经达到实际应用水平, 这是一个重大的突破。其中, 弯振复合模态双足直线超声电机已经在中国科学院上海技术物理研究所得到了初步的应用, 将用于某特种型号通信卫星上对地瞄准机构的伺服驱动中。
该书是著者科研团队20多年科研成果的凝练, 系统而全面地阐述了该课题组近年来在大力矩/推力的夹心式超声电机领域的学术思想和研究成果, 同时将相关基本概念和基本原理的介绍融入其中, 对读者理解相关超声电机的致动原理提供了很好的指导作用。
该书第1章系统地叙述了超声电机的工作原理、起源、特点和分类, 介绍了国内外研究现状和应用现状, 分析了目前研究的主要方向和发展趋势;第2章简要地介绍了四种基本振动模态的振型特点, 阐述了压电材料的基本概念和基本原理, 详细地分析了四种基本振动模态的激励方式和应用;第3章阐述了作者在换能器激励式圆筒型行波超声电机领域所取得的创新成果, 提出了四种采用压电金属复合梁纵振或弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方式, 并介绍了他们所研制的三种新型的超声电机, 揭示了该类电机中广泛存在的波形畸变问题;第4章在揭示了压电金属复合梁纵振复合致动原理的基础上, 提出并研制了三种直线超声电机和一直旋转超声电机, 分析了电机中存在的振动能量闲置问题, 并提出了通过封闭构型来避免振动能量闲置的设计思想;第5章在分析了压电金属复合梁纵弯复合致动原理的基础上, 提出并研制了两种纵弯复合直线超声电机和一种两自由度平面电机, 建立了驱动质点运动轨迹图谱;第6章在揭示了压电金属复合梁弯振复合致动原理的基础上, 提出并研制了三种弯弯复合超声电机, 详细地分析了驱动足处质点的三维椭圆振动, 该类超声电机具有十分广泛的应用前景;第7章提出了一种压电陶瓷内嵌的构型设计思想, 并分别基于圆环轴向和径向弯曲振动模态研制了行波超声电机。
该书主要针对夹心换能器激励式圆筒型行波超声电机、纵振复合模态压电金属复合梁式超声电机、纵弯复合模态压电金属复合梁式超声电机、弯振复合模态压电金属复合梁式超声电机、压电陶瓷内嵌式环形行波超声电机五大类超声电机的创新点和重要成果进行了阐述。每一类电机的阐述均是从最为基础的模态组合以及致动原理分析出发, 进而提出具备实用价值的超声电机新构型。提出了四种采用压电金属复合梁纵振/弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方案、提出并分析了换能器激励式圆筒行波电机中所存在的换能器耦生弯振以及定子波形畸变问题、提出了纵振复合模态超声电机中普遍存在的振动能量闲置和浪费问题、提出通过封闭构型实现多足致动的设计思想、提出弯振复合的致动方案以及压电陶瓷内嵌的设计思想等。这些学术成果和思想使得本书具有国际先进水平, 赋予了本书非常重要的学术价值。该书的出版对推动超声电机相关技术在我国的发展和应用具有十分积极的意义。
摘要：本文从《纵弯模态压电金属复合梁式超声电机》评介的角度, 谈谈特种压电驱动器技术的新进展。
压电复合材料 篇9
左如忠教授课题组在新型无铅压电陶瓷材料的设计、制备及其工艺-结构-性能相互关系等一系列基础问题的研究方面完成了大量开创性工作,特别是在借助高分辨透射电子显微镜、高能同步辐射光源等先进技术手段探索无铅压电材料体系在宏观电学性能和微观、介观结构、局域电子结构的相关性方面取得重要进展。
在此基础上,该课题组研发出一种新型无铅材料体系(NN-BT-CT)。与目前文献中普遍研究的无铅材料相比,这种新型无铅陶瓷材料具有无滞后的电致伸缩应变特性,其应变量大、对电场响应快以及无老化等特征,其压电性能在典型的准同型相界附近获得极大提升,表现出优异的热稳定性,有望成为理想的陶瓷驱动器、定位器等候选材料。同时,该研究以严谨的实验数据阐明了这种无铅压电材料组成的准同型本质,为设计和制备新型可实用化的无铅铁电压电陶瓷材料提供了新的研究思路和理论支撑。
压电复合材料 篇10
文献报道,采用锶掺杂可以改善锆钛酸铅的介电损耗性能[9],铌掺杂可以改善锆钛酸中的介电常数及老化率减少[10], 作者通过研究铌锶复合掺杂对锆钛酸铅压电陶瓷材料的影响, 从而制得了高性能的汽车倒车雷达元件用压电陶瓷材料。
1实验
1.1压电陶瓷材料的制备
以高纯度( 纯度 > 99. 5% ) 的氧化物Pb3O4、Zr O2、Ti O2、 Nb2O5、Sr CO3为原料,按照化学计量比进行配料,用湿法球磨混合均匀,样品烘干,在实验炉中1050 ℃ /2 h预烧,对烧块二次球磨,烘干; 所得粉料制备流延浆料,在全自动流延机上流延制备得到20 μm厚的均匀薄膜,通过叠压成型制得 7. 6 mm × 0. 18 mm的生坯,在实验炉1200 ℃ /2 h烧结压电陶瓷片; 在陶瓷片两面印银,850 ℃烧银,然后在场强为1600 V/mm、100 ℃ 空气中极化20 min,极化好的样品静置24 h,待测试用。
1.2压电性能测试
1.2.1介电常数的测试
介电常数 εr的测试方法: 使用常州同惠电子有限公司生产的TH2618型电容测试仪,在1 k Hz下测试待测样品的电容, 由公式(1)计算介电常数 εr:
式中: C———电容,PF
t———压电陶瓷试样的厚度,cm
Φ———压电陶瓷试样的圆形银电极直径,cm
1.2.2介电损耗tanδ
使用常州同惠电子有限公司生产的TH2618型电容测试仪测试,在1K Hz下测试待测样品的损耗值。
1.2.3电容温度变化率ΔC/C
将样品置于上海龙松检测设备有限公司的LS - T - 107 - C高低试验箱试验,当箱内到达设定温度后,保温0. 5 h,使用中国常州同惠电子有限公司生产的TH2618型电容测试仪测量在1 k Hz下测试电容量,测试温度点为: 25 ℃ 、 - 55 ℃ 、85 ℃ ,通过公式(2) 计算得出 - 55 ℃ 、85 ℃ 下的容温变化率:
式中: C25———25 ℃ 下的电容量,F
Ct———温度分别为t1、t2时的电容量,F ( t1= - 55℃ 、t2= 85 ℃ )
1.2.4机电耦合系数Kp
采用北京邦联时代电子科技有限公司的PV90A - 阻抗分析仪测试样品的谐振频率Fr、反谐振频率Fa,通过公式(3)计算机电耦合系数Kp:
1.2.5压电常数D33
采用中科院声学所的ZJ - 3AN准静态压电常数d33测试仪对样品进行测试。
1.3SEM测试
采用上海Phennomr pw - 100 - 010的扫描电镜观察陶瓷晶粒形貌。
2结果与讨论
从表1和图1中可以看出,锶铌复合掺杂可以改善材料的压电性能,但掺杂量太大将会引起性能下降。当碳酸锶、氧化铌的添加量x≤0. 6% 时,随着添加量的增加,其介电常数 εr、 机电耦合系数Kp是呈现增加的趋势,当添加量x为0. 6% 时, 其介电常数 εr及机电耦合系数Kp均处于最大值,其介电常数 εr可达到2100,机电耦合系数Kp可达到0. 81; 随着添加量的不断增加,其介电常数 εr及机电耦合系数Kp是呈下降的趋势。
从图2可以看出,随着碳酸锶、氧化铌的添加量的增加, 其损耗值tanδ 是呈下降的趋势; 在添加量x≤0. 6% 时,随着添加量的增加,其D33呈现增加的趋势,当添加量x为0. 6% 时, 其D33处于最大值,可达到450 p C/N,随着添加量的不断增加, 其D33又开始下降。
从表1和图3可以看出,锶铌复合掺杂可以改变材料的容温特性,当碳酸锶、氧化铌添加量x≤0. 6% 时,随着其添加量的增加,其电容温度变化率是变好的,可以将其容量温度变化率向小变化率靠近,当添加量x为0. 6% 时,其电容温度变化率最好, - 55 ℃ 及85 ℃ 的容量变化率为 - 6. 5% 及7. 3% ,其绝对值均达到≤10% ,随着其添加量的不断增加,其温度系数又向变差的方向发展。
从图4中可以看出,随着碳酸锶、氧化铌添加量x的增加, 其样品的平均晶粒会适当增大,当添加量为0. 6wt% 时,其样品的平均晶粒大约在5 μm,并且晶粒很致密,气孔很少,因此其样品的压电性能 (介电常数、机电耦合系数Kp、D33、介电损耗) 都处于最佳的参数,随着添加量的增加,其晶粒已过分长大,性能开始下降。
通过Nb5 +、Sr2 +的引入对纯的PZT压电陶瓷进行复合掺杂,获得锶铌掺杂改性的压电陶瓷。通常选取活性更高、稳定性更好的碳酸锶作为添加物,Sr2 +取代部分A位的Pb2 +、铌 (Nb5 +),金属离子进入固溶体之后,因其离子半径的大小与B位Ti4 +的离子半径相近,通常会占据B位 + 的位置,通过A、 B位的置换,其晶格产生畸变,从而有利于畴壁运动,在较小的电场或机械力应力作用下就能进行畴壁运动,因此介电常数、Kp、D33、介电损耗等性能会提高,并且老化性好,容量温度变化率小,适量的加入可保证材料的压电性能的情况下, 又具有良好的容量温度特性。
3结论
铌、锶复合掺杂可使样品介电常数、机电耦合系数Kp、 D33、容量温度系数有较明显的改善,当添加量为0. 6% 时,可得到致密的压电陶瓷材料,其压电性能为: εr= 2100,D33= 450 p C / N,Kp= 0. 81及 ΔC / C < 10% ( - 55 ~ 85 ℃ ),可以满足高性能的汽车倒车雷达的应用要求。
摘要：对锆钛酸铅陶瓷材料进行了Nb2O5、SrCO3微量掺杂改性研究,观察了掺杂后陶瓷样品的显微结构,研究了其相对介电常数、压电常数、机电耦合系数及电容量变化率随测试温度变化的规律。实验结果表明:Nb2O5、SrCO3掺杂后,陶瓷结构致密,介电损耗减少,相对介电常数、压电常数、机电耦合系数明显提高,电容量变化率明显改善。当Nb2O5、SrCO3的添加量为0.6wt%时,制得的压电陶瓷材料具有最佳的压电性能:εr=2100,D33=450pC/N,Kp=0.81,ΔC/C<10%(-55~85℃),可以满足高性能的汽车倒车雷达的应用要求。
关键词：锆钛酸铅压电陶瓷,倒车雷达,掺杂,压电性能
参考文献
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压电复合材料 篇11
摘要：动态电路分析是电路原理教学中的重点和难点内容之一。以脉冲分压电路在换路后的响应求解这一问题为例，分析了课堂教学过程中学生在电路阶数、响应形式以及求解方法等方面容易发生理解错误的原因，并采用时域、复频域两种分析方法推导获得该电路动态响应的表达式，最后通过电路仿真软件进行教学实验演示，获得了较好的课堂教学效果。
关键词：脉冲分压电路;动态响应;教学
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）32-0098-02
“电路原理”课程是工科电类相关专业的重要专业基础课，课程对于学生掌握电路的基本原理和分析方法、培养学生分析解决电路问题的实际应用能力具有重要作用。[1，2]动态电路的分析涉及较多的理论推导和数学计算，历来是课程教学中的一个重点和难点内容。[3，4]本文以脉冲分压电路的动态响应分析为例开展课堂教学进行讨论，逐一分析学生易发生理解错误的原因，引导学生综合运用多种方法解决动态电路响应的问题，加深了对课程重要知识点的理解，提高了综合分析问题的能力，提高教学的针对性和教学效果。
一、脉冲分压电路
脉冲电路是通信、电子、电气等领域一种常见的基本电路。[5]在脉冲电路中，常将脉冲信号经过电阻分压后输出，而在输出电路中一般会存在着各种形式的电容，就相当于在输出端接上一个等效电容，该电容导致输出电压不能跟随输入电压同步变化，从而引起了输出信号的畸变。为了改善输出波形，使输出电压能紧跟随输入电压一起变化，一般采用RC脉冲分压电路，如图1所示。
图1中电阻R1和R2构成分压电路，C2为输出端等效电容，在电阻R1上并联一个电容C1。图1中，如果选择合适的C1值就可以克服等效电容C2的影响，使输出波形紧跟输入波形变化，C1称为加速电容。本文的目的并非讨论脉冲分压电路的加速电容C1应如何取值，而是以该电路为例讨论一般情况下电压和电流动态响应的问题。
二、脉冲分压电路动态响应的时域分析
在动态电路的响应这一内容的教学实施过程中，学生常常在电路阶数的判断、响应形式以及求解方法等方面的问题上容易发生一些理解上错误和偏差。为了解决这一问题，在课堂教学中笔者举例如下：
例：直流电源E作用下脉冲分压电路如图1所示，t=0时开关K闭合，开关闭合前电路处于稳定状态，求电容电压和电流的响应。
这是一个典型的动态电路响应分析的问题，图1所示电路中开关K闭合前，电路处于稳定状态，则电容C1和C2的电压为：
开关K闭合后瞬间，由基尔霍夫电压定律（KVL），电容C1和C2的电压之和等于电压源电压，即：
（1）
显然换路前后，电容电压发生了跃变，由电荷守恒定律可知，在图1中节点A上：
（2）
由（1）、（2）可知，t=0+时刻可以求解出两个电容电压：
（3）
课堂教学过程中，通过上述分析后出现了两种典型的问题。问题一：有些学生认为本例中电容电压发生强迫跃变后就已经进入稳定状态了，因此式（3）给出的就是该电路换路后的响应。问题二：有些学生认为由于本电路存在两个电容，电路属于二阶电路，需要通过列写二阶微分方程进行讨论，而不能采用一阶电路的三要素法求解。这里首先针对这两种典型的意见分别讨论。
对于第一个问题，学生显然把本题中两个电容看成是简单的串联连接，事实上，从图1中容易看出，两个电容并非串联结构。课堂教学中笔者采用反向思维，假定换路后本电路立即处于新的稳定状态，那么根据稳态电路中电容相当于开路这一结论，由电阻电路的分压公式易得两个电容两端电压的稳态值分别为：
（4）
显然，在一般情况下，式（4）和式（3）的求解结果并不相等，可见电路换路后还要经历一个过渡过程才能到达稳定状态，式（3）求解的只是电压响应的初始值。
对于第二个问题，学生认为本题中含有两个动态元件，因此是二阶电路，这显然是对电路阶数定义的概念理解不深入。本例中，虽然存在两个电容，但并非二阶电路。课堂教学中通过列写电路微分方程的方法分析这一问题。图1电路中，C1、R1并联，C2、R2并联，然后串联，其电流代数和相等，即：
（5）
由把式（1）代入式（5）并整理可得：
（6）
式（6）是关于uC2的一阶微分方程，同理也可得到关于uC1的一阶微分方程。動态电路的阶数与描述电路的微分方程的最高阶数相等[6]，可见，虽然本例中含有两个电容元件，但电路是仍然是一阶电路，可以采用三要素法求解。
这里又产生了第三个问题，本例在利用三要素法求解电路的响应时，由于存在两个电阻、电容并联的结构，学生普遍认为电路中应该存在两个时间常数，即τ1=R1C1和τ2=R2C2，但是这种说法显然与“一阶电路中时间常数τ值唯一”的结论矛盾。发生这个问题的原因在于，学生机械地搬用了单个电容电路中时间常数求解公式，未能理解时间常数这一参数的来源。课堂教学中，笔者从式（6）入手推导了该一阶微分方程解的形式（限于篇幅，略去过程），该方程的特征根p2为：
式中，R、C分别是并联等效电阻和电容值，。
同理可以得到关于uC1的一阶微分方程的特征根p1为：
可以看出，描述电路的两个微分方程的特征根是相同的，根据时间常数的定义，τ值为：
（7）
可见，本例中时间常数是唯一的。
在上述分析的基础上，根据式（3）、（4）和（7）的结果以及一阶电路三要素公式可得：
（8）
需要说明的是，对于实际使用的RC脉冲分压电路，为了使输出波形紧跟输入波形变化，在设计电路时要选择加速电容C1参数，使R1C1=R2C2时，在这种情况下式（8）可以写为：
这说明电路换路后，输出电压能够跟随输入电压变化而变化，不存在过渡过程，可见，实用的脉冲分压电路的响应只是动态响应的特例。
这里还需要提醒学生注意，由于式（8）并非电容电压uC2全时域表达式，不能直接对其微分求解电容C2电流的表达式，这也是学生常发生错误的问题。注意到t<0时，uC2=0，于是可得到：
（9）
按照同样的方法也可获得uC1响应的形式。
由式（9）可以求解出电容C2上的电流响应为：
（10）
从式（10）函数的表达式可以看出，电路中存在强度为EC1C2（C1+C2）的冲激电流，该冲激电流在换路瞬间作用于电容C1和C2，这就是导致电容电压在换路前后发生跃变的原因。
三、动态响应的复频域分析及电路仿真
上面给出的是例题的时域分析方法，在学完动态电路的复频域分析法后，本例还可结合运算等效电路的分析方法对该动态电路的响应进行分析，并与时域分析方法进行对比。图1电路的运算等效电路见图2所示。图2中R1和电容C1并联结构以及R2和电容C2并联结构运算阻抗分别为：
根据分压公式，可以求出电容运算电压为：
（11）
显然，由式（11）经过拉普拉斯反变换可以获得与式（9）相同的求解结果。由式（11）还可得到电容C1上的运算电流为：
（12）
对式（12）的函数表达式进行拉普拉斯反变换，可以得到与式（10）相同的电流表达式。
上面用两种分析方法都得到了脉冲分压电路的动态响应，课堂教学分析的过程使学生巩固了已学知识。电路仿真软件对于加深理解提高学习积极性有较大帮助。[7]在课堂教学过程中，笔者通过电路仿真软件，现场搭建了仿真电路，向学生演示了仿真结果，进一步验证上述时域和复频域响应的分析结果。
利用EWB软件搭建如图3（a）所示的仿真电路[8]，仿真电路运行结果见图3（b）所示，可以看出电路换路后电容电压发生跃变，然后进入过渡过程，电路仿真结果和理论计算结果一致。
四、结语
在电路课堂教学中，特别在讲授较为复杂难于理解的教学内容時，要实时抓住学生的认识疑点和误区，引导学生进行讨论和思考，同时根据学生的学习情况，可采用多种不同分析方法加以推导论证，必要时还可进行电路仿真分析和实验分析，可以更加直观地表现出电路中各变量的变化特点，使理论分析的结果得到进一步验证。这些对于提高课堂教学效果、培养学生的逻辑分析能力是有较大帮助的。
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压电复合材料 篇12
Na0.5Bi0.5TiO3(简写NBT)是一种A位复合取代的钙钛矿型结构的铁电体,具有居里温度较高(320℃)、铁电性强、声学性能好等优点,被认为是最有希望的无铅压电陶瓷候选材料之一[1,2]。但纯NBT的矫顽场强很大以及在铁电相区的电导率很高,极化非常困难,导致其压电性能没能达到实用要求。于是众多学者开展了大量的改性研究,其中(1-x)Na0.5Bi0.5TiO3-xK0.5Bi0.5TiO3(简写NKBT)固溶体在x=0.16~0.20附近获得了三方-四方相准同型相界(MPB),具有优异的压电性能(d33>120pC/N)而成为研究的热点体系[3,4]。但是与实用化的锆钛酸铅系列陶瓷的压电性能仍然有较大差距,研究人员又通过掺杂少量的金属元素以期进一步提高其压电性能,如掺杂MnCO3[5],Nd2O3[6],Ga2O3[7],Bi2O3[8],Sb2O3[9]等。
陈文[10]等人采用第一性原理方法研究了NBT的电子结构,发现Sr离子取代A位或Mn离子取代B位都可以降低矫顽场,有利于NBT的极化,并预测Sr与Mn离子对A和B位进行复合取代可进一步降低矫顽场、提高自发极化强度。基于此,本文通过Sr和Mn复合掺杂来改善(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的压电性能,研究了不同掺杂量对陶瓷的结构和电性能的影响。
1 实验
用固相法制备了(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3+xmol%SrCO3+xmol%MnCO3(0≤x≤1.25%)(摩尔分数x=0,0.25%,0.50%,0.75%,1.00%,1.25%)陶瓷样品。以Na2CO3(99.8%,质量分数,下同),Bi2O3(99%),TiO2(99%),SrCO3(99%)和MnCO3(99.99%)为原料,在120℃下烘10h。按(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3+xmol%SrCO3+xmol%MnCO3(0≤x≤1.25%)化学计量比称取原料,以ZrO2球和CH3CH2OH(99.7%)为球磨介质球磨10h,在880℃预烧2h,经粉碎、二次球磨(10h)、烘干、过筛、添加PVA溶液造粒、在12~14MPa压力下压制成型,然后在500℃保温2h排除PVA,各样品均在1130℃烧结2h。最后对其表面精修后被银电极,并在室温时(25℃)的硅油浴中加3.5~4.5kV/mm电压极化15min,放置24h后测试其电学性能。
用D8Advance型X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)表征各样品的物相结构;用JSM-6700F型扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察经抛光热腐蚀后的样品的表面形貌;用Agilent4294A型精密阻抗分析仪测试样品的介电温谱曲线;用ZJ-3A型准静态d33测量仪测试样品的压电常数d33。
2 结果与讨论
2.1 陶瓷的相结构与显微结构
图1是NKBTSM陶瓷样品的XRD图谱。从图1可以看出,所制备的NKBTSM陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构,在XRD的检测精度范围内没有杂相析出。
图2为NKBTSM陶瓷样品的密度ρ随掺杂量x的变化关系。由图2可知,Sr和Mn的复合掺杂,能提高陶瓷的致密度。密度的增大,能降低材料的漏电流,可以施加更大的电压,使材料极化得更充分,从而提高其压电性能。
图3是不同组成的NKBTSM陶瓷抛光热腐蚀表面的SEM照片。由图3可知,所有陶瓷样品的晶粒都具有规整的几何外形,晶界清晰,晶粒大小均匀且排列很致密。纯NKBT陶瓷的晶粒较小,尺寸在1μm左右,而掺杂后陶瓷的晶粒尺寸明显增大。表明Sr和Mn的复合掺杂促进了晶粒的长大,而晶粒大小对压电常数的提高有影响,由于晶粒长大导致晶界减少,减弱了空间电荷场效应,易于电畴运动,有助于提高压电性能[11,12,13]。
(a)x=0;(b)x=0.25%;(c)x=1.00%;(d)x=1.25%
2.2 样品的压电性能
图4是室温时NKBTSM陶瓷的电性能随x的变化关系图。由图4可知,该系陶瓷的压电常数d33和机械品质因子Qm随x具有相似的变化关系,先增大后减小。在x=0.75%时,陶瓷获得最高压电常数d33=156pC/N;在x=1.00%时,陶瓷获得最大机械品质因子Qm=195。表明掺杂后的陶瓷同时表现“软性掺杂”和”硬性掺杂”的作用,由于Mn离子在晶体结构中可能存在Mn2+和Mn4+,其中Mn4+与Ti4+电价相同,对压电性能影响不大,而Mn2+的半径为0.067nm(低自旋)、0.083nm(高自旋),低自旋的Mn2+半径接近Ti4+(0.0605nm)半径,高自旋的Mn2+半径接近Bi3+(0.096nm)与Na+(0.097nm)半径。当低自旋的Mn2+取代Ti4+以及高自旋的Mn2+取代Bi3+时,为维持电中性,将产生氧空位,氧空位对畴壁起钉扎效应,导致Qm的增大,起“硬性”掺杂作用。高自旋的Mn2+与Na+半径相近,当高自旋的Mn2+取代Na+时,为维持电荷平衡,将产生A位空位;另外,当Sr2+(0.144nm)取代Na+时,也将导致A位空位的产生,A位空位的产生抑制了[TiO3]八面体之间的耦合作用,使结构松弛,易于电畴的运动,有助于提高压电常数,表现为“软性”添加剂作用。因此,Sr和Mn的复合掺杂表现出“软硬双性”的掺杂效果。这与Ce O2、Sb2O3掺杂NKBT陶瓷的现象类似[14]。从图4还可知,一定量的掺杂(x≤1.00%),能增大陶瓷机电耦合系数kp,当x>1.00%陶瓷的kp低于纯NKBT陶瓷。掺杂量过多时,可能是由于Mn和Sr离子容易聚集在晶界处,钉扎畴壁,从而抑制畴的偏转,导致陶瓷压电性能的下降[5]。另外,Sr和Mn的复合掺杂,降低了陶瓷的相对介电常数εr和介质损耗tanδ,当x=1.00%时,陶瓷的损耗最小,即tanδ=2.84%。综合考虑,当x=1.00%时,该系陶瓷获得最佳电学性能:d33=152pC/N,Qm=195,kp=28.66%,εr=701,tanδ=2.84%。
2.3 样品的介电性能
图5是NKBTSM系陶瓷在100Hz-100kHz下的相对介电常数εr和介质损耗tanδ随温度的关系曲线。由图可知,所有样品均具有两个介电反常峰,其中Td对应铁电-反铁电相变峰,Tm对应反铁电-顺电相变峰。所有样品的Td均在120℃附近,Tm在300℃左右。该系陶瓷在Td附近的介电常数对频率具有很强的依赖性,以及Tm介电峰都宽化,表明该系陶瓷具有弛豫特性。由成分起伏理论可知,对于NKBTSM陶瓷样品,由Na、K、Bi、Sr离子共同占据其A位,由Ti和Mn离子共同占据其B位,导致其化学组成在纳米尺度范围的不均匀性,在该系陶瓷内部形成不同组分的富集区,微区的存在使材料在弱场中发生极化弛豫[15]。
对于弛豫铁电体,相对介电常数εr与温度T的关系在Tm温度以上是不符合居里-外斯定律的,而是近似高斯分布,通常用修正的Curie-Weiss公式来表征其的介电弥散行为。修正后的Curie-Weiss表达式为[16]:
式中:εm为相对介电常数的峰值,Tm为介电峰值所对应的温度,C为赝Courier常数,γ为弥散因子。当γ=1时,为正常铁电体;当γ=2时,对应于理想弥散型铁电体。以ln(T-Tm)为横坐标、ln(1/εr-1/εm)为纵坐标作图,如图6所示。ln(1/εr-1/εm)与ln(T-Tm)具有良好的线性关系,相对介电常数与温度的关系符合高斯分布,陶瓷的弥散因子γ随x的增加先增大后减小,其中x=0.75%陶瓷的弥散因子γ高达1.913,为所研究组成中的最大值。Sr和Mn的复合掺杂,使材料的A,B位离子的排布更加无序,导致其弥散因子的增大,表现出更强的介电弛豫特性。
3 结论
(1)用固相法制备了(Na0.8K0.2)0.5Bi0.5TiO3+xmol%S r CO3+xmol%MnCO3(0≤x≤1.25%)无铅压电陶瓷。所制备的陶瓷样品均为单一的钙钛矿结构,Sr和Mn的复合掺杂能促进晶粒的长大,提高陶瓷的致密度。
(2)Sr和Mn的复合掺杂,增大了陶瓷的压电常数d33、机电耦合系数kp和机械品质因子Qm,降低了陶瓷的相对介电常数εr和介质损耗tanδ,表现出“软硬双性”的掺杂作用。其中,x=1.00%陶瓷的性能最佳:d33=152pC/N,Qm=195,kp=28.66%,εr=701,tanδ=2.84%。