能发出超声波的压电陶瓷是什么东西？

知识点：压电陶瓷是一种基于压电效应，是能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。

目前，超声传感器主要分为两种，一种是基于压电效应的压电传感器，另一种是基于磁致伸缩效应的磁致伸缩传感器。

运用压电效应原理的超声波传感器，其常用的压电材料主要为石英晶体、锆钛酸铅系压电陶瓷等。在压电材料切片上施加交变电压，使它产生电致伸缩振动，就能产生超声波。

压电陶瓷是一种基于压电效应，能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。

压电效应是某些晶体和压电陶瓷所具有的性质，在某些电介质上加载负荷后，使其产生极化现象，在其表面上，正负电荷会发生分离。当去除外力后，如果极化现象不消失，就称为正压电效应；相反，当在电介质的极化方向上施加电场，电介质也会发生变形，但是当电场去掉后，电介质的变形也随之消失，这种现象就称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。

压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号。锆钛酸铅系（PZT）压电陶瓷是目前使用最广，能够最有效地实现机械能与电能转换的压电陶瓷，所以在现代工业上有着广泛的应用，占据着压电陶瓷总产量的70%。

PZT压电陶瓷晶体在居里温度以上时，其结构为立方晶系钙钛矿型，到居里温度时，发生相变并发生自发极化转成四方铁电相。PZT的晶格常数随组成的不同而不同，在四方铁电相区域，随着Zr含量的增加，晶胞的体积会随之相应增大，就具有良好的机电耦合系数和机械品质因数。

另外，由于PZT体系压电陶瓷含有大量重金属铅Pb，对生态环境造成不利影响，因此，找出合适的无铅材料逐步取代PZT压电陶瓷是现在压电陶瓷领域研究的重点。

本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创 转载时务请注明出处

更多精彩内容，敬请关注科学原理一点通官方网站

微信公众平台（ID：kxylydt）

PZT-4是用钙、锶或钡置换部分的铅，用锡置换锆而做出的一种材料，居里点降低，电容率增大。

PZT是锆钛酸铅压电陶瓷的简称，它是钛酸铅和锆酸铅固溶体为基的组成物，其居里点在300-400摄氏度之间，在较大的温度范围内比较稳定，作为换能器材料，其压电效应显著。

PZT是PbZrO3和PbTiO3的固溶体，具有钙钛矿型结构。PbTiO3和PbZrO3是铁电体和反铁电体的典型代表，因为Zr和Ti属于同一副族，PbTiO3和PbZrO3具有相似的空间点阵形式，但两者的宏观特性却有很大的差异，钛酸铅为铁电体，其居里温度为492℃，而锆酸铅却是反铁电体，居里温度为232℃，如此大的差异引起了人们的广泛关注。研究PbTiO3和PbZrO3的固溶体后发现PZT具有比其它铁电体更优良的压电和介电性能，PZT以及掺杂的PZT系列铁电陶瓷成为近些年研究的焦点。

---