压电材料的研究和应用现状.pdf

第36卷，第3期安徽化工Vol．36，No．3
42010年6月ANHUICHEMICALINDUSTRYJun.2010

压电材料的研究和应用现状

裴先茹，高海荣
（郑州师范学院化学系，河南郑州450044）

摘要：简要介绍了压电材料的发展历史，详细叙述了压电陶瓷、压电单晶、压电复合材料及压电聚合物的发展状况，并对压电材料对日常
生活的影响及其目前的研究热点做了概括。
关键词：压电材料；压电陶瓷；压电单晶；压电复合材料；压电聚合物
中图分类号：TM282文献标识码：A文章编号：1008-553X（2010）03-0004-04

材料从使用性能上可以分为结构材料和功能材料1955年美国的B.贾菲等人发现了比BaTiO3的压
两大类，其中结构材料以其强度、韧性、硬度、弹性等力电性优越的锆钛酸铅，即PZT压电陶瓷，大大加快了应
学特性为应用依据，功能材料以其电、磁、光、声、热等物用压电陶瓷的速度，使压电的应用出现了一个崭新的局

理性能为基础，用以制作有特殊功能的器件。压电材料面。BaTiO3时代难以实用化的一些应用，特别是压电陶
是实现机械能与电能相互转换的功能材料，是一类对瓷滤波器和谐振器以及机械滤波器等，随着PZT压电
机、电、声、光、热敏感的电子材料，广泛应用于工业部门陶瓷的出现而迅速地实用化了。应用压电材料的SAW
和高科技领域[1]。滤波器、延迟线和振荡器等SAW器件，上世纪70年代
1880年居里兄弟发现，在石英晶体的特定方向上末期也已实用化。上世纪70年代初引起人们注意的有
施加压力或拉力会使石英晶体表面出现电荷，并且电荷机聚合物压电材料（PVDF），现在也已基本成熟，并已达
的密度与施加外力的大小成比例，这就是压电体的正压到了生产规模。如今,随着环保的需要,为了造福子孙,实
电效应，从此便开始了压电学的历史。随后，1881年居现可持续发展,无铅压电材料也正在研究中。
里兄弟又通过实验验证了逆压电效应，并且获得了石英1研究状况
晶体的正逆压电系数。1894年沃伊特指出，介质具有压1.1压电陶瓷
电性的条件是其结构不具有对称中心[2]而在类点群
。32如前所述，BaTiO3是最早发现的压电陶瓷，早在
中只有20类点群不具有对称中心，属于这20类点群的1949年日本就研究利用它的压电性设计鱼群探测器，
电介质才可能是压电体。其最大的缺点是谐频温度特性差。但是用Pb和Ca等元
石英是压电晶体的代表，利用石英的压电效应可以
素部分地取代BaTiO3中的Ba，可以改进BaTiO3陶瓷的
制成振荡器和滤波器等频控元件。在第一次世界大战温度特性，故在广泛使用PZT压电陶瓷的今天，仍有部
中，居里的继承人朗之万为了探测德国的潜水艇，用石
分压电换能器采用改性的BaTiO3压电陶瓷。
英制成了水下超声探测器，从而揭开了压电应用史的光
像BaTiO3那样的单元系压电陶瓷，还有PbTiO3和
辉篇章
。PbZrO3等。PbTiO3陶瓷是一种钙钛矿结构的材料，它具
除了石英晶体外，罗息尔盐陶瓷也付诸应
、BaTiO3有居里温度高（490℃）、各向异性大（c/a=1.064）和介电
用年美国的罗伯特在陶瓷上加高压进行
。1947BaTiO3常数小（ε=200）等特点。另外，它的谐频温度特性也比
极化处理，获得了压电陶瓷的压电性。随后，美国和日本较好，并且频率常数比PZT高，所以是一种很有前途的
都积极开展应用压电陶瓷制作超声换能器音
BaTiO3、高温高频压电材料。但是用常规方法很难获得致密的纯
频换能器压力传感器等计测器件以及滤波器和谐振器
、PbTiO3压电陶瓷，因为PbTiO3陶瓷烧结后，冷却到居里
等压电器件的研究，这种广泛的应用研究进行到上世纪点（490℃）时易出现微裂纹，甚至破碎。所以人们往往采
50年代中期。用引入添加物的方法对其进行改性。现在用Mn、W、Ca、

收稿日期：2010-03-11
作者简介：裴先茹（1975-），女，2006年毕业于河南大学无机化学专业，研究生，讲师，目前从事无机化学和新材料的教学工作，15937165445，
[e-mail]。
裴先茹，等：压电材料的研究和应用现状5

Bi、La和Nb改性的PbTiO3陶瓷，都具有良好的压电性（LiTaO3），它们大量地用作SAW器件，例如SAW滤波
能，是生产高频压电滤波器的优良材料[2，3]。器、振荡器、延迟线以及SAW相关器和卷积器等。
锆钛酸铅压电陶瓷简称PZT陶瓷，是压电陶瓷材料近年来，对弛豫型铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅

中用得最多最广的一种。PZT的机电耦合系数高，温度（1-x）Pb（Mg1/3Nb2/3）O3-xPbTiO（缩写为3PMN-PT）的研

稳定性好，并且有较高的居里温度（～300℃）。用Sr、Ca