壓電復合材料的壓電效應原理是什么？

發(fā)布日期：2023-10-31 作者：新威電子點擊：

壓電復合材料的壓電效應是指在外加機械應力下，材料會產(chǎn)生電荷分離和極化現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電勢差和電場強度。其原理可以通過瞬態(tài)壓電效應和永久壓電效應來解釋。

瞬態(tài)壓電效應是指在施加壓力后，材料內(nèi)部的正負電荷會在短時間內(nèi)生成和分離，形成電荷偶極子。這是由于材料的晶格結(jié)構引起的。晶格結(jié)構可分為一個個離散電荷的等效結(jié)構單元，當外加應力作用下，這些結(jié)構單元會發(fā)生畸變，導致電荷重新分布，產(chǎn)生電荷分離。此時，材料內(nèi)部會產(chǎn)生電場強度，從而產(chǎn)生電勢差。

永久壓電效應是指在施加壓力后，材料內(nèi)部的正負電荷會永久性地分離，形成永久性電偶極子。這是由于材料的晶格結(jié)構的某種非對稱特性而引起的。在無外力作用下，材料內(nèi)部的電荷分離仍然存在，產(chǎn)生固定的電勢差和電場強度。這種永久性電勢差和電場強度可以被外部電極所探測到，并可用來進行電路連接和能量轉(zhuǎn)換。

壓電材料的壓電效應主要由兩個因素決定：非中心對稱性和介質(zhì)極化。對于非中心對稱性，它是指材料的晶格結(jié)構中心與材料的原子布局不完全重合。這種非中心對稱性引起的材料晶體結(jié)構畸變會導致電荷重分布，從而產(chǎn)生電勢差和電場強度的出現(xiàn)。

介質(zhì)極化是指材料內(nèi)部電偶極子的取向和排列。在施加壓力時，材料的極化程度會發(fā)生變化，電荷重分布會導致內(nèi)部電場的變化，從而產(chǎn)生電勢差和電場強度。

壓電復合材料是通過將具有壓電效應的壓電陶瓷材料與具有高強度、高韌性的復合材料（如碳纖維復合材料）相結(jié)合而成。壓電陶瓷部分負責產(chǎn)生壓電效應，而復合材料部分則提供了材料強度和韌性的優(yōu)勢。壓電陶瓷通過與復合材料層的連接，使得壓電效應可以用于結(jié)構監(jiān)測、振動控制和能量轉(zhuǎn)換等應用。