[科普中国]-压电复合材料

由热塑性聚合物与无机压电材料所组成的压电材料，称为压电复合材料，又称复合型高分子压电材料。其特征是兼有无机压电材料优良压电性和高分子压电材料的优良加工性能，而且不需要进行拉伸等处理，即可获得压电性。而这种压电性在薄膜内无各向异性，故在任何方向上都显示出相同的压电性。

制备方法压电复合材料的制备方法是把无机压电材料粉末均匀地分解，并混入热塑性高聚物中，然后混炼成型。常用的无机压电材料有压电陶瓷，如锆钛酸铅、PbTO3；常用的聚合物基体是PVDF和其他含氟树脂等。1

优点（1）横向振动很弱，串扰声压小；

（2）机械品质因数Q 值低：

（3）带宽大（80%～100%）；

（4）机电耦合系数值大；

（5）灵敏度高，信噪比优于普通PZT 探头；

（6）在较大温度范围内特性稳定；

（7）可加工形状复杂的探头，仅需简易的切块和充填技术；

（8）声速、声阻抗、相对绝缘常数及机电系数易于改变（因这些参数相关于陶瓷材料的体积率）；

（9）易与声阻抗不同的材料匹配（从水到钢）；

（10）可通过陶瓷体积率的变化，调节超声波灵敏度。1

压电材料的分类压电材料是指具有压电效应的材料，它是指材料在外力作用下产生电流，或反过来在电流作用下产生力或形变的一种功能材料。它广泛应用于换能器，实现机械能与电能之间的相互转换。自1880年居里兄弟发现压电效应以来，已研制出多种压电材料，可以分为下面五类：①单晶材料，如石英、磷酸等；②陶瓷材料，如锆钛酸铅( PZT)、钛酸铅等；③高分子聚合物，如聚氯乙烯等；④复合材料，如PZT/聚合物等；⑤玻璃陶瓷，如TiSrO3、等。由上述顺序可看出，压电材料经历了从自然界存在的简单单晶材料发展到结构复杂的复合材料的过程。压电复合材料是将压电陶瓷和聚合物相按一定连通方式，一定的体积质量比，及一定的空间分布制作而成，它可以成倍地提高材料的压电性能。2

0 -3型压电复合材料0-3型是最简单的一种压电复合材料，是由不连续的陶瓷颗粒（0维）分散于三维连通的聚合物基体中形成的。它有很大的适应性，可以做成薄片、棒或线材，甚至可以模压成所需的各种复杂形状，但它较难极化且性能易受各种工艺的影响。

(1)0-3型压电复合材料极化较难是由于压电填充相上的极化电场强度远小于外加极化电场强度。为了改善极化性能，可在复合材料中加入导电相，如少量碳、锗等物质，以提高聚合物基体的导电率，另外也可以采用提高压电陶瓷相电阻率的措施。

(2)选择压电相需要考虑的一个重要参数是材料的长径比c/a。c/a大的压电相可以获得大的自发应变。采用的填充相体系有PZT、PbTiO2、(Pb，Bi)( Ti，Fe) O3等。

(3)材料性能还与复合的制备方法有密切关系。用化学方法制备的高纯、均匀的复合材料对于改善性能有显著作用。2

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学