信息时代的多面手——压电效应

 轻轻一揿煤气灶按钮,蓝色火焰迅即燃起;轻轻一按电视遥控器,精彩节目任您挑选。这就是压电效应带给您的便利。所谓压电效应,是指某些各向异性的晶体,在外力作用下产生机械形变(如压缩或伸长),从而在加压面或拉力面的两侧出现异号束缚电荷,这种现象称为正压电效应。反之,在晶体的两侧面加一交变电压,晶体就会发生厚薄的机械变化,这叫做逆压电效应。这两种效应统称为压电效应。压电效应是居里兄弟(JacquesCurie、PirreCurie)于1880年首先在α-石英晶体上发现的。除了石英这种天然压电晶体外,还可以人工合成具有压电性能的多晶体材料,即通常所说的压电陶瓷。     

压电效应的简易演示

石英(SiO_2)、酒石酸钾钠(NaKC_4H_4O_6·4H_2O),钛酸钡(BaTiO_3)等固体电介质,都有压电效应现象。一旦晶体发生机械形变,如压缩、伸长,就会发生极化,在相对的两个面上产生异号的束缚电荷。可用如下方法简易演示压电效应。一、利用旧打火机和一只氖管进行演示把一只旧打火机的外亮等零件拆除,仅留下压电晶体和施力弹簧。把氖管和晶体一端相连的引出线相接,用手压缩弹簧加力于晶体一次,就会观察到氖管灯丝附近发红光一次,说明有电压加在氖管两端,而这一电压来源于晶体因机械形变所产生的极化电荷。     

压电效应与超声波诊断

一、压电效应 某些材料(电介质晶体)在外力作用下发生形变时,其电极化强度会发生改变,而在其某些对应表面出现异号电荷的积累,这种现象通常称为正压电效应(如图1);相反,当某些材料     

严济慈与压电效应

 严济慈先生是中国现代物理学研究的开创人之一.他在压电晶体学、光谱学、地球物理学等诸多方面进行了卓有成效的工作,取得了许多重要的研究成果.压电晶体学是严济慈早年从事的研究工作.他对石英的压电效应及其反效应作了深入的研究和测量.在科学出版社1986年出版的《严济慈科学论文集》中,共收集了他在1927-1938年间的53篇论文,其中有17篇是论述石英在电场作用下的伸缩、光学性能的改变,空心和实心石英柱被扭曲起电和振荡现象的内容.从这些论文中可以看出严济慈对压电效应研究的独创性和精确性.     

压电体超晶格中的新型极化激元

对压电体超晶格中电磁波的传播情况进行了研究，通过压电效应，压电体超晶格中的纵振动声波将引起横向电极化，这一极化会与某一特定波段的电磁波强烈耦合，从而出现通常离子晶体中所没有的新型极化激元，产生非布拉格反射引起的光学禁带。     

压电效应及其在家电中的应用

介绍和解释压电效应原理；简述家用电器中常用的压电器件及其检测方法。     

一维压电Fibonacci类准周期声子晶体传输特性

基于传输矩阵法研究了一维压电Fibonacci类准周期声子晶体的传输特性, 比较了一维Fibonacci序列压电准周期声子晶体与非压电准周期声子晶体以及压电周期性声子晶体的透射性. 计算结果表明:弹性波通过一维准周期结构压电声子晶体时与周期性声子晶体一样会有带隙的出现, 且发现具有压电性的Fibonacci序列准周期声子晶体禁带宽度发生了展宽. 进一步讨论了入射角度对固定频率下声子透射系数的影响,结果表明一维压电Fibonacci序列准周期结构声子透射性依赖于入射角度的选取.     

介观压电石英晶体等效电路的量子化

借鉴阻尼谐振子作量子力学处理的研究思想,将介观压电石英晶体等效电路量子化,在此基础上研究了真空态和压缩真空态下,各支路电流和电压的量子涨落. 关键词： 介观压电石英晶体 等效电路 阻尼谐振子 量子涨落     

断裂与力致发光

压电晶体的结构通常缺乏对称性，它们在受压时，其中的正负电荷将会分离．当压力足够大时，晶体将会断裂，这时正负电荷会通过断裂裂口在空气中重新复合并产生出微弱的电火花．最近美国Illinois大学的K．Susliek教授和他的同事N．Ed-dingaas教授共同研究了这个问题，他们发现可以将这个过程增强和放大．他们把晶体的灰浆沉浸在充满氮气的石腊中，然后对其进行超声波照射．在这个过程中，由于成百万的微型气泡能连续不断地形成并发生内爆，从而形成了一种“声空穴化（acoustic cavitation）”现象，由它所产生出的冲击波趋动着单个晶体逐渐地相聚，这有点类似于用重锤击打晶体并对它们进行轰击一样．     

金属表面反射光中的谐波

当光激射器的高强度光束通过一些压电晶体时,发现了一系列非线性光学现象——合频,差频等。Blocmbergen及Pershan还曾证明:在电介质表面上也会发生非线性现象,即当强光入射到电介质表面时,反射光及透射光中都会出现谐波。本文的目的是证明当强光在真空金属表面反射时,也可能有谐波发生。具体估计了二次谐波的强度,并讨论了它的反射规律。     

随机激励下双稳态压电俘能系统的相干共振及实验验证

随着压电晶体材料的迅速发展, 基于压电效应的能量采集系统是俘获环境中的宽带随机振动能量的一种有效途径. 研究了有限宽带随机激励作用下, 磁斥力双稳态压电俘能系统的相干共振俘能机理, 并进行了实验验证. 运用Euler-Maruyama方法求解了随机非线性压电振动耦合方程, 比较分析了相干共振发生前后系统的动力学特性和俘能效率, 然后基于Kramers逃逸速率解释了相干共振. 最后的随机振动实验结果验证了双稳态压电俘能系统的相干共振俘能机理. 并且观察到: 当相干共振发生时, 系统会在两个势能阱之间剧烈运动, 此时宽带随机振动能量会被转化为大幅值窄带低频振动响应, 从而极大地提高了宽带随机振动能量的俘获效率.     

逆压电效应与电致伸缩效应

可能是由于顾名思义的缘故,人们[1-4]常把电致伸缩效应称之为逆压电效应,认为逆压电效应就是电致伸缩效应.其实,逆压电效应与电致伸缩效应是截然不同的两种概念. 1880年,居里兄弟(Pierre and JacquesCurie)发现了压电效应,即某些不具有中心对称性结构的晶体.沿某些方向受压时,其表面产生束缚电荷,电荷量正比于所受的压力.历史上称该效应为正压电效应.1881年,居里兄弟又证实了Lippmann关于存在逆压电效应的预言,即具有正压电效应的晶体在外电场作用下会发生形变,形变与外场成正比,外场极性反转,形变符号也随之改变.人们称该效应为逆压电效…     

迈克尔逊干涉仪在压电测量中的应用

本文介绍一种用迈克尔逊干涉仪测量压电效应的方法。压电响应含有快慢两种成分，且均为非线性。Ｅ３交变时观测到一种不对称的压电迥线。随机弛豫响应函数为ｅｘｐ（ｇｔ／τ）。     

极化电压对聚丙烯压电驻极体膜压电性能的影响

压电驻极体是具有压电效应的微孔结构空间电荷驻极体材料,其压电性能与材料的微结构和空间电荷密切相关.本文首先利用压缩气体膨化工艺对聚丙烯(PP)的微结构进行改性,然后利用接触极化方法,研究了极化电压与PP膜空间电荷密度之间的关系,及其对压电性能的影响.结果表明对于极化前厚度为100μm的PP膜,其内部建立有序空间电荷分布的阈值极化电压为2 kV;一旦有序空间电荷建立起来,PP膜即具有压电效应.随着极化电压的提高,PP膜的空间电荷密度逐步增大,压电效应显著增强.当峰值电压为8 kV时,PP膜电极上的电荷密度、准静态压电系数和品质因数FOMv(d33·g33)分别为0.56 mC/m2,379 pC/N和8.6(GPa)-1.PP压电驻极体膜的FOMv比聚偏氟乙烯(PVDF)铁电聚合物膜高2个量级以上,且声阻抗非常低(～0.025 MRayl),因此该压电膜在超声波发射-接收系统或脉冲-回波系统中具有明显的优势.     

石英压电晶体在霍普金森压杆实验中的应用

 利用传统分离式霍普金森压杆（SHPB）对低密度、低波阻材料进行测试时,存在透射信号弱、试样在加载时间内难以达到受力变形均匀的不足。采用嵌入压电石英晶体技术测试微弱的透射信号,并监测试样两端应力平衡。实验测试了一种低密度聚氨酯泡沫,结果表明嵌入压电石英晶体技术可以大幅提高透射信号的幅值和信噪比,所测试的材料在应变率范围1 000~4 000 s^-1内应变率效应不明显。     

含磁电弹夹层的压电/压磁声子晶体带隙特性研究

将具有力电磁耦合性能的夹层引入到压电/压磁声子晶体中,在保持单胞长度为固定值的情况下,分别改变磁电弹夹层的厚度、磁电弹夹层中压电材料的体积分数和磁电弹夹层中压电材料的种类;并利用传递矩阵法和Bloch定理,得到波数k与频率ω的色散关系;通过色散关系图分析不同的磁电弹夹层对压电/压磁声子晶体带隙特性的影响.研究发现:当磁电弹夹层厚度增加时,带隙的中心频率上升,带隙宽度变宽;当磁电弹夹层中压电材料体积分数增加时,带隙中心频率下降,第一带隙宽度变窄,第二带隙宽度增加,第三带隙宽度保持不变;当磁电弹夹层中的压电材料种类不同时,带隙的中心频率和带隙宽度有明显的改变;磁电弹夹层对压电/压磁声子晶体带隙中心频率的影响在高频区比低频区更显著.     

基于椭圆芯保偏光纤模间干涉的光学电压互感器

设计了一种基于椭圆芯保偏光纤模间干涉的光纤电压互感器,能对温度等环境干扰信号进行自动温度补偿.用缠绕了椭圆芯保偏光纤的石英晶体作为电压传感头,在被测高压电场的作用下,保偏光纤的长度因石英晶体的逆压电效应形变而受到调制,进而改变模间干涉输出两个边瓣的光强分布,对两个干涉输出边瓣进行探测实现高电压的测量.在地面低压端用一个缠绕了保偏光纤的压电陶瓷(PZT)实现模间静态相位差的实时调整,以补偿环境温度变化带来的静态工作点漂移.实验结果表明,高压电压互感器在额定电压附近能获得0.5%的测量精度,在被测电压超过10 kV时具有很好的线性度.     

应用于精密振荡器的石英晶体温度特性研究

采用一种新型压电材料精确表征方法研究了不同环境温度条件下应用于振荡器的石英材料特性变化.测量了从室温至100℃不同稳定环境温度下AT切向石英晶体材料的电子阻抗共振特性,并采用基于模拟退火优化算法的压电材料精确表征方法对电子阻抗共振特性进行了准确的拟合,计算出了AT切向石英晶体材料在不同温度下包含损耗特性的复数形式材料参数.通过研究和分析温度变化对石英晶体材料参数及其损耗特性的影响,为具有稳定温度特性的精密振荡器设计提供了理论和技术支持.     

倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象

许多非线性光学晶体在倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象目前已由中国科学院物理研究所通过计算得到证实,并由基于经典光学的理论成功地解释了该现象的普遍性,得出倍频及参量过程中的相位匹配角折返现象广泛存在于一类和二类匹配的单轴及双轴晶体中的重要结论. 非线性光学晶体的相位匹配角折返现象是一种十分有趣且具有应用前景的新现象.倍频过程中的相位匹配角折返现象是指当晶体处于某一角度时,存在两个(或两个以上)不同频率的相干光同时倍频相位匹配.参量过程中的相位匹配角折返现象是指当泵浦光频率及晶体角度处在某一范围时,存在两…     

压电晶体换能器在声学实验中的调配

本文根据受迫振动的数学分析，解释了阻尼对共振频率的影响，找到了提高压电晶体换能器在声学实验中振幅传递效率的方法。