無鉛壓電陶瓷這一突破性的

進(jìn)展,掀起了持續(xù)至今的無鉛壓電陶瓷研究熱潮,極大地促進(jìn)了無鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā).迄今為止,可被考慮的無鉛壓電陶瓷體系主要有以下5類:(Bi0.5Na0.5)TiO3(縮寫為BNT)基無鉛壓電陶瓷;K1-xNaxNbO3(縮寫為KNN)基無鉛壓電陶瓷;鉍層狀結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷;鎢青銅結(jié)構(gòu)無鉛壓電陶瓷;BaTiO3基無鉛壓電陶瓷.本文結(jié)合無鉛壓電陶瓷研究和開發(fā)的近期進(jìn)展,綜合評述了無鉛壓電陶瓷的研究思路、研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢,著重討論了BNT基及KNN基無鉛壓電陶瓷的體系構(gòu)建、改性手段、相變特性及溫度穩(wěn)定性,并就無鉛壓電陶瓷今后的研究和發(fā)展提出了一些建議.

近年來,無鉛壓電陶瓷新體系的構(gòu)建、壓電鐵電性能的強(qiáng)化以及相變機(jī)制的研究取得了長足的進(jìn)步,這為無鉛壓電陶瓷的實用化奠定了實踐和理論基礎(chǔ).對于BNT基及KNN基陶瓷來說,經(jīng)過細(xì)致的組分篩選,可以獲得退極化溫度高、壓電性能優(yōu)良且溫度穩(wěn)定性好的陶瓷配方,以用于制作換能器、傳感器等器件.表9列出了部分無鉛壓電陶瓷器件.由表9可知,選取合適的材料參數(shù),可以獲得性能良好的無鉛器件;部分無鉛壓電陶瓷器件具有可比擬于鉛基器件的性能,在一些中低端領(lǐng)域有潛在的實用性.7 研究展望近年來,無鉛壓電陶瓷的研究和開發(fā)取得了長足進(jìn)步,獲得了一些性能良好的無鉛壓電陶瓷體系,部分配方在某些領(lǐng)域具有了一定的實用化前景.相

比于鉛基PZT陶瓷,無鉛壓電陶瓷在晶體結(jié)構(gòu)、電子

結(jié)構(gòu)以及相變特性等方面具有自身的特點.

壓電效應(yīng)具有可逆性：若在壓電陶瓷片上施以音頻電壓，就能產(chǎn)生機(jī)械振動，發(fā)出聲響；反之，壓電陶瓷片受到機(jī)械振動(或壓力)時，片上就產(chǎn)生一定數(shù)量的電荷Q，從電極上可輸出電壓信號。壓電效應(yīng)具有可逆性：若在壓電陶瓷片上施以音頻電壓，就能產(chǎn)生機(jī)械振動，發(fā)出聲響；反之，壓電陶瓷片受到機(jī)械振動(或壓力)時，片上就產(chǎn)生一定數(shù)量的電荷Q，從電極上可輸出電壓信號。電壓控制型壓電陶瓷執(zhí)行器驅(qū)動電源有以下幾種方式：1）線性直流放大式電源直接采用高壓運算放大器的方式具有靜態(tài)性能好、集成度高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但由于高壓運算放大器的輸出電流一般都小于200mA，因此壓電陶瓷執(zhí)行器的動態(tài)性能受到限制。

壓電陶瓷執(zhí)行器驅(qū)動電源主要有電壓控制型和電流/電荷控制型兩種[3]，從實現(xiàn)方式上主要有線性和開關(guān)式兩種[4]。電壓控制型壓電陶瓷執(zhí)行器驅(qū)動電源有以下幾種方式：

1）線性直流放大式電源直接采用高壓運算放大器的方式具有靜態(tài)性能好、集成度高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，但由于高壓運算放大器的輸出電流一般都小于200mA，因此壓電陶瓷執(zhí)行器的動態(tài)性能受到限制。