簡介
此一片條會產生位移,因為:
•熱作用(溫度的改變導致其中一層伸展得比另一層更長)。
•對其中一層的電作用(電場導致被作用的一層伸展得比另一層更長)。
單層壓電片則是由一層壓電材料和一層非壓電材料所組成的片條。
單層壓電片
單層壓電片是由一層壓電材料和一層非壓電材料所組成的片條。當加入電場時,壓電材料那層便會伸展,而使得兩層的長度不同,因而讓整個片條彎曲。
壓電材料
壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現電壓的晶體材料。
受到壓力作用時會在兩端面間出現電壓的晶體材料。1880年,法國物理學家P.居里和J.居里兄弟發現,把重物放在石英晶體上,晶體某些表面會產生電荷,電荷量與壓力成比例。這一現象被稱為壓電效應。隨即,居里兄弟又發現了逆壓電效應,即在外電場作用下壓電體會產生形變。壓電效應的機理是:具有壓電性的晶體對稱性較低,當受到外力作用發生形變時,晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合,導致晶體發生巨觀極化,而晶體表面電荷面密度等於極化強度在表面法向上的投影,所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現異號電荷。反之,壓電材料在電場中發生極化時,會因電荷中心的位移導致材料變形。
利用壓電材料的這些特性可實現機械振動(聲波)和交流電的互相轉換。因而壓電材料廣泛用於感測器元件中,例如地震感測器,力、速度和加速度的測量元件以及電聲感測器等。這類材料被廣泛運用,舉一個很生活化的例子,打火機的火花即運用此技術。
壓電材料可以因機械變形產生電場,也可以因電場作用產生機械變形,這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的套用。例如,壓電材料已被用來製作智慧型結構,此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能,在未來的飛行器設計中占有重要的地位。
壓電效應
壓電效應的原理是,如果對壓電材料施加壓力,它便會產生電位差(稱之為正壓電效應),反之施加電壓,則產生機械應力(稱為逆壓電效應)。如果壓力是一種高頻震動,則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時,則產生高頻聲信號(機械震動),這就是我們平常所說的超音波信號。也就是說,壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能,這種相互對應的關係確實非常有意思。