压电陶瓷材料的物理基础

压电陶瓷是一类经过极化处理的多晶铁电材料，其压电效应源于晶格内部非对称中心结构。当材料受到机械应力时，晶格中的正负电荷中心发生相对位移，导致表面产生束缚电荷，形成电压输出（正压电效应）；反之，施加电场时晶格发生形变（逆压电效应）。常见的压电陶瓷材料包括：

1.锆钛酸铅（PZT）：目前应用最广泛的压电材料，具有高压电系数（d33可达600pC/N）和居里温度高（300400℃）的特点，百度百科资料显示其占工业用压电材料的80%以上。

2.钛酸钡（BaTiO₃）：最早的压电陶瓷，环保但性能较低，适用于低频传感器。

3.铌酸钾钠（KNN）：无铅环保材料，近年来在医疗领域应用增长迅速。

材料性能的关键参数包括压电常数（dij）、机电耦合系数（k）、介电常数（ε）和机械品质因数（Qm）。例如PZT4的d33约为289pC/N，而PZT5H可达593pC/N，这种差异直接影响了换能器的能量转换效率。