摘要：在社会经济迅速发展当今时代，随着压电陶瓷应用领域的不断扩大，压电陶瓷作为一种精密驱动器件其自身的性能日益受到使用者的关注。压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料。其所具有的压电效应是当某些材料受到机械力而产生拉伸或压缩时，其内部产生极化现象，使材料相对的两个表面出现等量异号电荷的现象，外力越大，则表面电荷就越多，这种效应一般称做正压电效应。表面电荷的符号视外力的方向而定。具有这种效应的材料称之为压电材料。
关键词：压电陶瓷；新能源；新材料
一、压电陶瓷的研究背景
自从人类社会进入电气时代以来，电的应用给人类社会带来了巨大的生产力，极大的推动了人类社会的进步。由电力供能的大型机械设备开始出现，随着电磁原理的不断发展，广播、电视、电话相继出现，人们的生活真的可以说是日新月异。然而进入电气时代以后直到今天，我们消耗的能源的主要获得途径依然是作为不可再生能源的化石燃料的燃烧。
在电力应用之初，人们对电能的消耗并不大，即使在特拉斯倡导将直流供电转化为交流供电后，用电人群的范围逐渐加大，人们也还没有意识到化石燃料燃烧带来的一些后果，只是充满着对电力这种新能源应用前景的希望和兴奋。但是随着技术的进步，和人类人口的爆炸式增长，整个人类社会的用电需求大量增长，尤其是许多国家将工业化作为目标之后，工厂的大量出现大大加大了对电能的消耗。发电厂也随着人类对电力需求的增大而不断新建，这时人们才开始意识到化石燃料燃烧的副作用。
化石燃料作为不可再生能源，按照现在的消耗速度，迟早有一天会消耗殆尽，而已经习惯用电的人类社会，是无法承担由于无法供应化石燃料而造成无法发电的后果的。另外，化石燃料的利用效率不高，在其燃烧过程中会排出大量的二氧化碳等温室气体和二氧化硫，一氧化碳等有毒气体，造成的温室效应加剧很可能危害整个人类的生存。化石燃料燃烧产生的大量粉尘，也给空气带来了巨大的污染，造成了雾霾等一系列不良的空气状况。
除了在能源方面的担心以外，随着技术的进步，人们对于设备运行的精度越来越高，纯手工的操作已经很难满足现代生产的精度要求。所以人们急切需要能够自动控制的电子产品，通过精确的计算代替人类操作设备，从而达到高精度的生产要求。控制电路的一项重要组成部分就是各式各样的传感器。他们将实际生产过程中产生的各种信号转变为要求的信号形式反馈给计算机系统，从而让计算机对目前设备的整体情况做出判断，进行相应的计算和控制操作。在传感器的研究中，能够把压力、声音、光照等日常生活中常见的物理信号转变为电信号的新材料就成为的研究的重点。如光敏电阻等。
在这样的大背景下，压电陶瓷作为能够把压感信号转变成电信号的新型材料，被广泛的研究和应用。它是一类具有压电特性的电子陶瓷材料，与典型的不包含铁电成分的压电石英晶体的主要区别是：构成其主要成分的晶相都是具有铁电性的晶粒。由于陶瓷是晶粒随机取向的多晶聚集体，因此其中各个铁电晶粒的自发极化矢量也是混乱取向的。为了使陶瓷能表现出宏观的压电特性，就必须在压电陶瓷烧成并于端面被复电极之后，将其置于强直流电场下进行极化处理，以使原来混乱取向的各自发极化矢量沿电场方向择优取向。经过极化处理后的压电陶瓷，在电场取消之后，会保留一定的宏观剩余极化强度，从而使陶瓷具有了一定的压电性质。
常用的压电陶瓷有钛酸钡系、锆钛酸铅二元系及在二元系中添加第三种ABO3（A表示二价金属离子，B表示四价金属离子或几种离子总和为正四价）型化合物，如：Pb（Mn1/3Nb2/3）O3和Pb（Co1/3Nb2/3）O3等组成的三元系。如果在三元系统上再加入第四种或更多的化合物，可组成四元系或多元系压电陶瓷。此外，还有一种偏铌酸盐系压电陶瓷，如偏铌酸钾钠（Na0.5·K0.5·NbO3）和偏铌酸锶钡（Bax·Sr1-x·Nb2O5）等，它们不含有毒的铅，对环境保护有利。
二、压电陶瓷的研究意义
由于压电陶瓷自身具有环保性以及把压感信号转化成电信号的能力，压电陶瓷在新能源开发方面，具有很强的研究价值和实用价值。利用压电陶瓷，可以将生活中浪费的压力能量利用起来，为新式能量的利用找到一条新思路，减少能量的浪费，增加能量的利用率。下面是我在日常生活中对压电陶瓷在新能源应用方面的一种设想。
在日常的学校生活中，经常会发现，在宿舍熄灯后，光线昏暗。若同学们需要在宿舍走动又没来的及开灯时很容易发生危险，尤其时上下楼梯时，时常会有同学踩空楼梯扭伤或摔伤的情况的出现。如果能够设计一种踩在上面就能发光的夜光地毯，在晚上当同学们需要走动时可以提供照明，可以为同学们提供方便，舒适的宿舍环境，减少同学们因夜晚黑暗造成的受伤，也不会因为光线太强影响到其他同学的休息。
秉承着节能环保的理念，这个地毯主要的能量来源为同学们踩在地毯上的压力产生的能量。这样既可以解决我们日常生活的问题，也可以利用起来平常被大大浪费的能量，为多方面利用能源找一个新思路，促进节能减排目标的实现。如果将压电陶瓷铺设在该地毯中，将踩在上面的压力信号转变为电信号，并进行储存，即可以达到上述效果。
综上所述，这样就实现了在日常生活中当我们需要小型的照明工具时就能发光，平时也能保持黑暗的愿望。这样既不浪费能源，不影响人们正常的休息又解决了实际问题，具有重要的研究价值。
同时，在研究压电陶瓷的过程中，我也发现了一些在现有的技术和条件下仍需要克服的困难，如成本相对较高、能量转换效率较低等，这些缺点也一定程度上限制了压电陶瓷在新能源方面的大规模应用及推广。即便如此，我对压电陶瓷这种新型材料仍持有乐观态度。每一种新能源在推广初期都会遭遇一些困难和瓶颈，譬如成本问题就限制了很多新能源的大规模应用，只能在政府补助下苟延残喘。但是，这些新能源随着时间的推移最终都会显示出自己独特的优势，成为推进社会发展不可或缺的一部分。压电陶瓷也不会成为例外，它可以使生活中浪费的压力能量得以利用，减少浪费，节能环保，在新能源代替旧能源的浪潮下终会凸显出自己的优势，发挥出独有的作用。
參考文献
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