壓電陶瓷：機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的“法器”

法器的神奇之處往往在于其擁有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。作為機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的法器，壓電陶瓷具備神奇的結(jié)構(gòu)屬性：自發(fā)極化。普通的介質(zhì)陶瓷，只有在外電場(chǎng)作用下才能極化。而壓電陶瓷無需借助外電場(chǎng)，僅僅依靠本身的鐵電體結(jié)構(gòu)，就能自發(fā)極化。不過，壓電陶瓷的自發(fā)極化與溫度有關(guān)：在居里溫度Tc以上，晶體處于順電態(tài)，不能自發(fā)極化；在居里溫度Tc以下，晶體處于鐵電態(tài)，能夠自發(fā)極化。

壓電陶瓷基本都是鐵電體：當(dāng)溫度低于居里溫度Tc時(shí)，晶體中晶胞的離子發(fā)生位移，造成正負(fù)電荷中心不重合，進(jìn)而產(chǎn)生固有電偶極矩；相鄰晶胞產(chǎn)生同樣的連鎖反應(yīng)，擴(kuò)展成為鐵電體的基本單元——電疇。注意，產(chǎn)生自發(fā)極化的條件是：離子位移后固定在新位置上的力大于位移后的恢復(fù)力。

壓電陶瓷雖然具備自發(fā)極化的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，但作為多晶體，內(nèi)部電疇的排列方向雜亂無章，極化效應(yīng)相互抵消，導(dǎo)致宏觀不呈現(xiàn)壓電效應(yīng)。極化是壓電陶瓷的“激活”方式。所謂極化，就是在壓電陶瓷上施加一個(gè)強(qiáng)直流電場(chǎng)，使陶瓷內(nèi)的電疇沿電場(chǎng)方向取向排列；在電場(chǎng)去除后，陶瓷內(nèi)仍能保留相當(dāng)?shù)氖Ｓ鄻O化強(qiáng)度，也就具備了壓電性能。

極化狀態(tài)可以用電滯回線來描述：壓電陶瓷的極化強(qiáng)度隨電場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大，在C點(diǎn)達(dá)到飽和；若逐漸減小電場(chǎng)強(qiáng)度，極化強(qiáng)度將沿另一條曲線減小，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度降為0時(shí)，極化強(qiáng)度保留在Pr點(diǎn)，即剩余極化強(qiáng)度。