压电陶瓷的工作原理具体介绍

压电陶瓷的核心在于其内部的晶体结构。这类陶瓷材料多由锆钛酸铅（PZT）、钛酸钡（BaTiO₃）等具有钙钛矿结构的化合物组成。在无外力作用时，晶体内部的正负电荷中心重合，不显电性。然而，当受到外部压力或拉伸时，晶体结构发生微小形变，导致正负电荷中心不再重合，从而在材料表面产生极化电荷，即压电效应。反之，若对压电陶瓷施加电场，其形状也会发生微小变化，这被称为逆压电效应。压电陶瓷根据其成分和性能的不同，可分为多种类型，其中代表性的是锆钛酸铅（PZT）系列。PZT因其压电常数高、机电耦合系数大、稳定性好等特点，被广泛应用于高精度传感器中。此外，还有无铅压电陶瓷如钛酸钡（BaTiO₃）和铌酸钾钠（KNN）等，因环保要求日益严格，逐渐成为研究的热点。压电陶瓷的制备通常采用固相反应法，即将高纯度的原料粉末按一定比例混合均匀后，在高温下煅烧，形成致密的陶瓷体。此过程需严格控制温度、气氛和烧结时间，以确保陶瓷的微观结构和性能达到设计要求。近年来，溶胶-凝胶法、水热合成法等新兴制备技术也逐渐应用于压电陶瓷的制备中，以期获得性能更优异的材料。