撓場優化節電介紹

壓電效應的發現

壓電效應的發現

詳細介紹

1880年皮耶·居禮雅克·居禮兄弟發現電氣石具有壓電效應。1881年,他們通過實驗驗證了逆壓電效應,並得出了正逆壓電常數。1910年,德國物理學家沃德馬·沃伊特發表著作《晶體物理學教科書》(Lehrbuch der Kristallphysik,Textbook on Crystal Physics)。這本書描述了20種能夠產生壓電效應的自然晶體,並且用張量分析來嚴格定義壓電常數。

壓電效應
(英語:Piezoelectricity),是介電質材料中一種機械能電能互換的現象。壓電效應有兩種,正壓電效應逆壓電效應。壓電效應在聲音的產生和偵測、高電壓的生成、電頻生成、微量天平和光學器件的超細聚焦有著重要的運用,壓電材料種類甚多,如單晶、高分子、薄膜、陶瓷、複合材料等,受惠於晶格內原子特殊排列方式,當在壓電材料表面施加電場(電壓)時,材料因應力場與電場耦合而會產生「逆壓電效應」:電場作用導致電偶極矩被拉長,壓電材料為抵抗變化會沿電場方向伸長(機械形變),實質上是電能轉化為機械能的過程

之前,多數陶瓷壓電材料有一個大缺點,施加電場時材料發生應變,但電場消失後形狀卻變不回原始狀態,所以後續施加第 2 次、第 3 次電場時,電致應變值會急劇減少。為了改善這項不可逆缺點,研究團隊首先準備主要成分為 BiFeO3 和 PbTiO3 的陶瓷材料,接著添加元素鑭(lanthanum)來對上述兩種化合物進行化學修飾,使得電場關閉後,材料能跟著回復原始狀態。

現在你可以將這種陶瓷壓電材料比喻為橡膠,它和其他材料一樣經得起反覆拉伸,但成本大幅下滑。新研究已發表在《自然-材料》(Nature Materials)期刊。
New ceramic material could cut down cost of piezoelectric devices