正压电效应发展前景

压电材料可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如，压电材料已被用来制作智能结构，此类结构除具有自承载能力外，还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能，在未来的飞行器设计中占有重要的地位 。

（1）压电效应：某些电介质，当受力变形时内部产生极化现象，同时在两个表面产生相异电荷，外力去掉后，又恢复到不带电状态。这叫压电效应。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差(称之为正压电效应)，反之 施加电压，则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。 而高频电信号加在压电陶瓷上时，则产生高频声信号(机械震动)，这就是我们平 常所说的超声波信号。也就是说，压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能。

（2）逆压电效应：当作用力方向改变时，电荷极性随之改变，这种现象称为“正压电效应”。相反，当在电介质极化方向施加电场，这些电解质也会产生几何变形，这种现象称为“逆压电效应” 。

当对压电材料施以物理压力时，材料体内之电偶极矩会因压缩而变短，此时压电材料为抵抗这变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷，以保持原状。这种由于形变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。正压电效应实质上是机械能转化为电能的过程 。

正压电效应是指由于形变而产生电极化的现象 。

1、设置正压室

按正压室外空气中所含物质的性质，可把正压室分成两级。

Ⅰ级正压室：当室外空气中含有最高容许浓度小于或等于1mg/m³的剧毒物质或爆炸下限小于10%的可燃气体或蒸汽时，室内设计正压值可取20~60Pa。

Ⅱ级正压室：当室外空气中含有较高张度的粉尘、腐蚀性较严重的物质、高湿、最高容许浓度大于1mg/m³的剧毒物质或爆炸下限大于或等于10%的可燃气体或蒸气时，室内设计正压值可取10~30Pa。

2、新风量计算

维持正压室内正压值的有效风量是新风量。新风量应取下列3项中的最大值：

(1)维持正压所必需的新风量。

(2)为稀释正压室内有害物质所必需的新风量。

(3)保证正压室内每人每小时不少于30m³的新风量。

3、通风系统的配置

Ⅰ级正压室：宜-室-套正压通风系统，通风机应有备用。

Ⅱ级正压室：可多室配一套正压通风系统，但防爆正压室不应与非防爆正压室合并一个通风系统。通风机可两台并联运行，当一台通风机出现故障时，仍能维持正压。

压电体受到外机械力作用而发生电极化，并导致压电体两端表面内出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与外机械力成正比，这种现象称为正压电效应. 压电体受到外电场作用而发生形变，其形变量与外电场强度成正比，这种现象称为逆压电效应. 具有正压电效应的固体，也必定具有逆压电效应，反之亦然. 正压电效应和逆压电效应总称为压电效应.晶体是否具有压电效应，是由晶体结构的对称性所决定的.

压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。

压电效应正压电

是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

压电效应逆压电

是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。压电晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。

依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。

这里再介绍一下电致伸缩效应。电致伸缩效应，即电介质在电场的作用下，由于感应极化作用而产生应变，应变大小与电场平方成正比，与电场方向无关。压电效应仅存在于无对称中心的晶体中。而电致伸缩效应对所有的电介质均存在，不论是非晶体物质，还是晶体物质，不论是中心对称性的晶体，还是极性晶体。

下面我们利用压电陶瓷测试压电效应和逆压电效应。

常用的压电陶瓷是由锆钛酸铅（PZT）材料做成的。将PZT材料做成的压电陶瓷片粘在圆形黄铜片上就构成了压电陶瓷元件。它具有明显的压电效应。

首先，将压电陶瓷片A的两根引线通过一个按钮开关与信号发生器相联。将压电陶瓷片B的两根引线与扩音器（带喇叭）的输入端相连。将A、B两个压电陶瓷片用黑封泥固定在同一个木板制成的箱子上。当观察者将按钮开关按下，接通信号发生器和压电陶瓷A时，由于逆压电效应，A开始振动，并把振动传给木箱，木箱的振动传给压电陶瓷B，由于压电效应，使B两边产生变化电信号，再传给扩音器使喇叭发声，所以这个实验同时演示了压电效应和逆压电效应。