壓電材料極化高壓電源

一、壓電材料極化高壓電源產(chǎn)品簡介

        寬僅70mm的30w高功率臺式高壓電源HJPQ系列是便于各種高壓試驗(yàn)的小型、輕量通用高壓電源。即使是30kv / 30w的高電壓高功率輸出，寬僅70mm，高124mm的小型尺寸也不會(huì)選擇安裝位置。用計(jì)測器等的器材容易空間被限制的實(shí)驗(yàn)室和研究室等也能簡單地使用。而且因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)裝備了輸出電壓·電流儀表，所以作為稍微的高壓實(shí)驗(yàn)用的電源也較適合。

二、壓電材料極化高壓電源產(chǎn)品特點(diǎn)

實(shí)現(xiàn)zui大30kv、30w的高電壓、高功率

標(biāo)準(zhǔn)配備獨(dú)立的3位輸出電壓、電流儀表

可支持100 ~ 240vac輸入電壓的通用輸入

三、壓電材料極化高壓電源產(chǎn)品用途：

壓電材料極化電源

絕緣耐壓試驗(yàn)

各種高壓試驗(yàn)

偏置電源

學(xué)校教材

靜電試驗(yàn)

電容器充電

電子束

離子束

電子元件老化

逆變器和功率裝置的檢查和評估

壓電材料的定義：壓電材料受到壓力作用時(shí)會(huì)在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。

壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。相反， 當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。依據(jù)電介質(zhì)壓電效應(yīng)研制的一類傳感器稱為為壓電傳感器。

壓電材料的分類及其應(yīng)用

         壓電材料分為壓電單晶體，多晶體壓電陶瓷、高分子壓電材料及聚合物-壓電陶瓷復(fù)合材料四類。由于其具有不同的工藝及應(yīng)用特點(diǎn)，因此應(yīng)用領(lǐng)域各有不同。在這四類壓電材料中，壓電陶瓷占據(jù)有相當(dāng)大的比重，也是目前市場上應(yīng)用較為廣泛的壓電材料。

（1）壓電單晶體：石英、水溶性壓電晶體（酒石酸鉀鈉、酒石酸乙烯二銨、酒石酸二鉀、硫酸鉀等）；

（2）多晶體壓電陶瓷：代表性的壓電陶瓷有鈦酸鋇壓電陶瓷、鋯鈦酸鉛系壓電陶瓷、鈮酸鹽系壓電陶瓷和鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等；

（3）高分子壓電材料：極性高分子材料如聚偏氟乙烯，其具有低聲學(xué)阻抗特性，柔韌性良好，可以制作極薄的組件。但同時(shí)也存在壓電參數(shù)小、極化電場高的缺點(diǎn)；

（4）聚合物-壓電陶瓷復(fù)合材料：柔韌性良好，可制作極薄的組件，壓電陶瓷的加入可以改善高分子壓電材料壓電常數(shù)小、極化電場高的缺點(diǎn)。

壓電材料的晶體結(jié)構(gòu)可分為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、鎢青銅結(jié)構(gòu)、鉍層狀結(jié)構(gòu)等。

壓電材料的晶體結(jié)構(gòu)

1 壓電單晶體

石英晶體性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣性能好，但價(jià)格昂貴，壓電系數(shù)比壓電陶瓷低得多，因此一般僅用于標(biāo)準(zhǔn)儀器或要求較高的傳感器中。石英晶體制作的諧振器具有極高的品質(zhì)因數(shù)和極高的穩(wěn)定性，以被用于對講機(jī)、電子手表、電視機(jī)、電子儀器等產(chǎn)品中作壓腔振蕩器使用。

石英晶體的壓電模型

此外，水溶性壓電晶體如酒石酸鉀鈉、酒石酸乙烯二銨、酒石酸二鉀、硫酸鉀等也是常見的單晶壓電材料。將多晶體壓電陶瓷（如鈦酸鉛）單晶化以提高材料的壓電性能是目前的壓電材料的研究熱點(diǎn)之一。

2 多晶體壓電陶瓷

多晶體壓電陶瓷是指把氧化物混合，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后，具有壓電效應(yīng)、可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能相互轉(zhuǎn)換的一類功能陶瓷材料。目前市場上常見的多晶體壓電陶瓷為鋯鈦酸鉛（PZT）系壓電材料。

壓電材料的研究熱點(diǎn)主要有：

（1）低溫?zé)Y(jié)PZT陶瓷；

（2）大功率高轉(zhuǎn)換效率的PZT壓電陶瓷；

（3）壓電復(fù)合材料；

（4）無鉛壓電陶瓷；

（5）單晶化。

3 高分子壓電材料

聚偏氟乙烯（PVDF）為典型的高分子壓電材料，其結(jié)構(gòu)由微晶區(qū)分散于非晶區(qū)構(gòu)成。非晶區(qū)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度決定聚合物的機(jī)械性能，而微晶區(qū)的熔融溫度決定了材料的使用上限溫度。在一定溫度和外電場作用下，晶體內(nèi)部的偶極矩旋轉(zhuǎn)定向，形成垂直于薄膜平面的碳-氟偶極矩固定結(jié)構(gòu)，這種屬于極化使得材料具有壓電特性。

PVDF晶區(qū)與非晶區(qū)排布形態(tài)示意圖

       與壓電陶瓷和壓電晶體相比，壓電聚合物具有高的強(qiáng)度和耐沖擊性、顯著的低介電常數(shù)、柔性、低密度、對電壓的高度敏感性、低聲阻抗和機(jī)械阻抗、較高的介電擊穿電壓，在技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域和器件中占有獨(dú)特的地位。

        PVDF壓電高聚物薄膜壓電性強(qiáng)、柔性好，特別是其聲阻抗與空氣、水和生物組織很接近，特別適用于制作液體、生物體及氣體的換能器。

4 聚合物-壓電陶瓷復(fù)合材料

壓電復(fù)合材料是由兩相或多相材料復(fù)合而成的，通常為壓電陶瓷（PZT）和聚合物（PVDF或環(huán)氧樹脂）組成的復(fù)合材料。這類復(fù)合材料中的陶瓷相將電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換，而聚合物基體則使應(yīng)力在陶瓷與周圍介質(zhì)之間進(jìn)行傳遞。這種材料兼有壓電陶瓷和聚合物材料的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的壓電陶瓷或與壓電單晶相比，它具有更好的柔順性和機(jī)械加工性能，易于加工成型，且密度小、聲速低。與聚合物壓電相比，其壓電常數(shù)和機(jī)電耦合系數(shù)較高，因此靈敏度較高。此外，壓電復(fù)合材料與磁致伸縮材料組成的復(fù)合材料還具有磁電效應(yīng)。