1880年,兩位法國(guó)科學(xué)家的兄弟Jacques和PierreCurie發(fā)現(xiàn)了壓電性.他們?cè)谑状伟l(fā)現(xiàn)施加在石英晶體諧振器或甚至某些晶體上的壓力在某種材料中產(chǎn)生電荷后發(fā)現(xiàn)了壓電性.1他們后來(lái)將這種奇怪的科學(xué)現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng).

居里兄弟很快發(fā)現(xiàn)了逆壓電效應(yīng).在他們證實(shí)當(dāng)電場(chǎng)被強(qiáng)制施加到晶振引線上之后,它導(dǎo)致晶體引線的畸形或無(wú)序-現(xiàn)在稱為反壓電效應(yīng).

壓電性這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)自希臘語(yǔ)piezo,意思是擠壓或按壓.有趣的是,希臘語(yǔ)中的電子意味著琥珀.琥珀也恰好是電荷的來(lái)源.

今天許多電子設(shè)備都使用壓電.例如,當(dāng)您在智能手機(jī)上使用某種類型的語(yǔ)音識(shí)別軟件甚至Siri時(shí),您正在講話的麥克風(fēng)可能正在使用壓電技術(shù).壓電晶體會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)您聲音中的聲音能量,并將其轉(zhuǎn)換為電子信號(hào),供您的計(jì)算機(jī)或手機(jī)解讀.壓電性一切都成為可能.

各種更先進(jìn)技術(shù)的創(chuàng)造可以追溯到壓電性的發(fā)現(xiàn).例如,強(qiáng)大的聲納"sonobuoy"小型敏感麥克風(fēng)和陶瓷音頻換能器是通過(guò)壓電實(shí)現(xiàn)的.今天,我們看到了越來(lái)越多的壓電材料和設(shè)備的發(fā)展.

直接壓電效應(yīng)

如上所述,壓縮壓電材料產(chǎn)生電(壓電性).圖1解釋了這個(gè)概念.

壓電效應(yīng)通過(guò)壓縮材料的壓縮而發(fā)生.

壓電陶瓷材料-非導(dǎo)電壓電陶瓷晶振或晶體-放置在兩個(gè)金屬板之間.為了產(chǎn)生壓電性,需要壓縮或擠壓材料.施加到壓電陶瓷材料的機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生電力.

如圖1所示,材料上存在電壓.兩塊金屬板將壓電晶體夾在中間.金屬板收集電荷,產(chǎn)生/產(chǎn)生電壓(閃電符號(hào)),即壓電性.這樣,壓電效應(yīng)就像微型電池一樣,因?yàn)樗a(chǎn)生電能.這是直接壓電效應(yīng).使用直接壓電效應(yīng)的設(shè)備包括麥克風(fēng),壓力傳感器,水聽(tīng)器和許多其他傳感類型的設(shè)備.

反壓電效應(yīng)

壓電效應(yīng)可以反轉(zhuǎn),這被稱為逆壓電效應(yīng).這是通過(guò)施加電壓使壓電石英晶體收縮或膨脹而產(chǎn)生的(圖2).逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能.

2.壓電效應(yīng)的逆轉(zhuǎn),稱為逆壓電效應(yīng),是當(dāng)施加電壓以使石英晶體諧振器收縮或膨脹時(shí).

使用逆壓電效應(yīng)可以幫助開(kāi)發(fā)產(chǎn)生和產(chǎn)生聲波的裝置.壓電聲學(xué)裝置的示例是揚(yáng)聲器(通常在手持裝置中找到)或蜂鳴器.具有這種揚(yáng)聲器的優(yōu)點(diǎn)在于它們非常薄,這使得它們?cè)谝幌盗须娫捴惺怯杏玫?甚至醫(yī)學(xué)超聲波和聲納換能器也使用反向壓電效應(yīng).非聲學(xué)逆壓電裝置包括電動(dòng)機(jī)和致動(dòng)器.