壓電陶瓷作為其壓電平臺(tái)提供運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行器件。執(zhí)行器與多個(gè)壓電陶瓷堆疊在一起,以提供更大的位移,因此提供了“壓電堆疊”一詞。
壓電陶瓷所用的材料是陶瓷PZT(鋯鈦酸鉛)。
我們生活中常見(jiàn)的電子玩具小狗、小貓的有趣叫聲,是由安裝在這些小動(dòng)物肚子里的一只叫蜂鳴器的元件發(fā)出的。這蜂鳴器就是用壓電陶瓷做的。
壓電現(xiàn)象是1880年居里弟兄倆發(fā)現(xiàn)的。他們?cè)谔烊坏乃戏派现匚锸┘永?,它的兩個(gè)表面會(huì)出現(xiàn)不同的電荷,產(chǎn)生電勢(shì)差;相反,當(dāng)電荷作用到晶片上時(shí),晶片就會(huì)發(fā)生伸縮形變。如果加的是交變電壓,那就會(huì)引起機(jī)械振動(dòng)。
為什么晶體會(huì)具有壓電特性呢?原來(lái)晶體的分子結(jié)構(gòu)是很規(guī)整的,就像小朋友手拉手排列起來(lái)一樣,正負(fù)電荷作用力相等,晶體表面不帶電。當(dāng)晶體在某一方向受力時(shí),排列的隊(duì)形就受到?jīng)_擊,一個(gè)方向壓扁,另一方向拉長(zhǎng),就像有的小朋友一只手被拉過(guò)去,而另一只手就脫出了一樣,這就使晶體兩端表面帶電,產(chǎn)生壓電現(xiàn)象。
除了水晶能做壓電材料以外,科學(xué)家還研究出壓電石英、壓電陶瓷,以及新的壓電塑料。以用壓電陶瓷做蜂鳴器為例,先把陶瓷素坯軋成像紙一樣的薄片,燒結(jié)后,在它的兩面做上電木及,通上強(qiáng)的直流電,使陶瓷片的無(wú)數(shù)微小晶粒在電場(chǎng)的“指揮”下整齊地排列起來(lái),陶瓷就具有壓電性了。然后再把它與金屬片粘合在一起,便成了一個(gè)蜂鳴器。當(dāng)蜂鳴器的電木及通電時(shí),因壓電陶瓷的壓電效應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng),而發(fā)出人耳可以聽(tīng)到的聲音。至于小狗叫、小貓“喵”,就是設(shè)計(jì)不同的電子線(xiàn)路,改變振動(dòng)的次數(shù),而發(fā)出各種不同的聲音。
壓電陶瓷變電為聲的本領(lǐng)變化多端。電子手表里裝上一薄片蜂鳴器,就能發(fā)出“嘟嘟”的報(bào)時(shí)聲;電子計(jì)算器里裝上它,可按預(yù)定要求提醒你。把它用作地震監(jiān)測(cè)器,只要接收到大小僅幾克力的作用,就會(huì)產(chǎn)生電信號(hào),并能指出地震的方向。壓電陶瓷還廣泛應(yīng)用于超聲加工、探傷、聲納、魚(yú)群探測(cè)、煤氣點(diǎn)火、以及揚(yáng)聲器、防盜報(bào)警等。
壓電陶瓷可用于各種環(huán)境,例如高真空和超高真空,因?yàn)樗鼪](méi)有磨損或不需要潤(rùn)滑。平臺(tái)可以制成非磁性的,并且不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),這在各種研究應(yīng)用中可能都很重要。壓電可以使用數(shù)十億個(gè)周期。當(dāng)用于柔性平臺(tái)時(shí),它們可提供無(wú)摩擦,可靠,可重復(fù)的運(yùn)動(dòng),而幾乎不需要維護(hù)。