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請(qǐng)教陶瓷的壓電性。
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（1）對(duì)壓電陶瓷施加壓力產(chǎn)生電荷是不是由于陶瓷的體積發(fā)生了變化，如果對(duì)壓電陶瓷加了壓力但沒(méi)有產(chǎn)生體積變化，就不會(huì)有電荷產(chǎn)生了？ （2）如果我對(duì)壓電陶瓷加一個(gè)力使其體積減少產(chǎn)生電壓，那么突然撤走壓力后，陶瓷會(huì)體積增大回到原來(lái)的厚度，在這個(gè)體積增大的過(guò)程中有電壓的產(chǎn)生嗎，方向是否與原來(lái)家壓力的時(shí)候相反？ [ Last edited by ZANCAI on 2012-8-11 at 03:53 ] |
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【答案】應(yīng)助回帖
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ZANCAI: 金幣+4 2012-08-18 02:46:09
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其實(shí)，這個(gè)問(wèn)題并不復(fù)雜，很多人都能理解一些，但是很多人其實(shí)也沒(méi)有完全理解清楚，我個(gè)人覺(jué)得涉及三方面問(wèn)題：1，ABO3型結(jié)構(gòu)；2，電介質(zhì)極化；3，能量轉(zhuǎn)換。 1，ABO3型礦物（如附件結(jié)構(gòu)所示），我們也以圖片為例來(lái)說(shuō)吧，頂角為A位離子，面心為O粒子，在中間（注意：我并沒(méi)有說(shuō)他在中心）的為B離子，根據(jù)對(duì)稱性，A位離子以及O的等效電荷中心必定在長(zhǎng)方體的中心，且兩者疊加等價(jià)為中心處一個(gè)負(fù)點(diǎn)電荷，具有壓電性能的ABO3由于A位粒子半徑偏小，在晶體內(nèi)部留有空間，則B位離子并不是完全在中心處，可以靠上，也可以靠下，或者前后左右都行，在沒(méi)有外加電場(chǎng)下取向完全隨機(jī)，而B離子帶正電，它的電荷中心就在它所處位置，這就造成正負(fù)電荷中心不重合，有就是存在極化。就像磁針一樣發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)極。而且出現(xiàn)極化后，晶體并不是立方體而是長(zhǎng)方體，如果極化在上下方向，則高比長(zhǎng)和寬長(zhǎng)，在前后方向和左右方向情況類似。由于正負(fù)電荷中心不重合，必然產(chǎn)生電場(chǎng)。 2，極化：要將壓電性能演示出來(lái)并不是在陶瓷兩端接兩根線就可以的，必須要在制作電極，為了形象，我以放在水平面上一個(gè)長(zhǎng)方體壓電陶瓷片來(lái)說(shuō)明。要檢測(cè)其壓電性，我們將燒制好的壓電陶瓷上下制作上電極，再接上導(dǎo)線，再極化，然后就可以檢測(cè)其壓電性能。極化后陶瓷片里面絕大部分區(qū)域極化取向大致相同，我們假定絕大部分B位離子都處于長(zhǎng)方體晶胞的靠上位置，則對(duì)于整個(gè)陶瓷片就等價(jià)于上表面帶正電下表面，帶負(fù)電的電容器，并形成一個(gè)電場(chǎng)，由于靜電作用上表面的電極會(huì)吸附電子帶上負(fù)電，下表面會(huì)帶上負(fù)電（注意：金屬盒陶瓷片間由于存在勢(shì)壘，電子是不可以在兩者間自由出入的）。這兩個(gè)電極形成的電場(chǎng)與陶瓷體極化形成的電場(chǎng)疊加抵消。在這里我說(shuō)一點(diǎn)對(duì)陶瓷體極化的重要性，前面說(shuō)到單個(gè)晶胞在無(wú)電場(chǎng)下極化取向完全隨機(jī)，這導(dǎo)致了，向上與向下，向左與向右，向前與向后極化的相互抵消。對(duì)外不顯現(xiàn)極化。 3：說(shuō)到最后一點(diǎn)了，能量轉(zhuǎn)換：我們用導(dǎo)線接在兩個(gè)電極上并用電表相連。雖然上下表面帶點(diǎn)不同，但是由于內(nèi)外電場(chǎng)相互抵消，是不會(huì)有電流的。當(dāng)在陶瓷片上下施加一個(gè)力，力產(chǎn)生形變，電場(chǎng)平衡被破壞，必然會(huì)檢測(cè)到電流的存在，直至重新平衡（注意：這個(gè)時(shí)候上下兩個(gè)電極上還是有電荷的），電流表檢測(cè)不到電流，再撤去外力，形變消除，此時(shí)，電場(chǎng)不平衡，上下表面電荷又要重新分布以至達(dá)到平衡。這過(guò)程中避諱檢測(cè)到電流。這過(guò)程中能量為外界加壓提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。而陶瓷體本身并沒(méi)有提供什么能量。這也是為什么我們?nèi)粘Ｉ钪须娮哟蚧饳C(jī)（打火位置有一塊壓電陶瓷），可以長(zhǎng)時(shí)間使用，而并非一次性的。 |
8樓2012-08-12 15:38:35
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2樓2012-08-11 07:46:23
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dengwei_19: 回帖置頂 2012-08-11 22:29:21
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1）壓電性的產(chǎn)生是由于正負(fù)電荷中心不對(duì)稱引起的，與體積變化沒(méi)有必然聯(lián)系。換句話說(shuō)，如果體積發(fā)生了改變但正負(fù)電荷中心依然對(duì)稱，則仍無(wú)壓電性； 2）以石英為例。當(dāng)施加應(yīng)力后，原本重合的正負(fù)電荷中心分開，產(chǎn)生壓電性；當(dāng)撤去該力，正負(fù)電荷中心又重合到一起。沒(méi)有相反電壓的產(chǎn)生。 |
4樓2012-08-11 13:14:52
dengwei_19: 回帖置頂 2012-08-11 22:29:22
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謝謝回復(fù)，但我還是不能明白。 （1）其實(shí)我是研究聚合物pvdf的，不知道你熟不熟悉，我記得壓電pvdf好像就是一個(gè)大的偶極子，一端正，一端負(fù)，形成一個(gè)極化場(chǎng)，然后受壓后體積改變了，極化場(chǎng)密度就變了，從而產(chǎn)生感應(yīng)電荷。不知道對(duì)不對(duì)。 （2）我的意思是說(shuō)在車去外力后，還需要一個(gè)過(guò)程回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)吧，那么在這個(gè)回復(fù)的過(guò)程中是否會(huì)有一個(gè)與原來(lái)相反的電壓產(chǎn)生呢？ |
5樓2012-08-11 21:30:55
6樓2012-08-11 21:31:50
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ZANCAI: 金幣+1 2012-08-18 02:46:02
ZANCAI: 金幣+1 2012-08-18 02:46:02
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做壓電陶瓷的，對(duì)聚合物了解不多。我的一點(diǎn)理解是當(dāng)聚合物發(fā)生形變時(shí)，形成偶極子的化學(xué)鍵發(fā)生改變，從而導(dǎo)致產(chǎn)生極性。 撤去外力后，不會(huì)有相反的電壓產(chǎn)生。舉個(gè)例子，一個(gè)橡皮筋兩端受得拉力為20牛，現(xiàn)在將兩端拉力減小到5它牛，你不能說(shuō)在這個(gè)過(guò)程是因?yàn)樗艿较騼?nèi)拉力的作用吧。聚合物化學(xué)鍵應(yīng)該也差不多。偶極子只是減小，并未反向 PS：不過(guò)倒可以理解為有準(zhǔn)靜態(tài)的逆向電流產(chǎn)生。 |
7樓2012-08-12 13:56:28
9樓2012-08-13 21:03:28
10樓2012-08-18 02:46:42
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