高聚物壓電性:壓電性是電介質的力學性質與電子性質的耦合。很多有機聚合物都 -百科知識中文網

高聚物壓電性

壓電性是機械能與電能互相轉換的一種性質，高聚物壓電性是高聚物在受到外力時，極化有所變化的性質。壓電性英文名稱的前綴“piezo”來自希臘文,意思是壓。
1880年P.居里首先在無機材料中發現壓電性。20世紀20年代起，其他科學家研究了硬橡膠、橡皮、賽璐珞等的壓電性，此後又研究了塑膠的衝擊感應極化，乃至木、骨、肌肉、脫氧核糖核酸和核糖核酸等生物高分子的壓電性。60年代以來，許多合成高聚物（如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯，耐綸11等）的壓電性也得到了研究。自1969年河合轍發現經拉伸和極化後的聚偏氟乙烯薄膜有強壓電性後，這個課題引起了廣泛的興趣。此後，對偏氟乙烯－四氟乙烯共聚物以及偏氟乙烯－三氟乙烯共聚物也都進行了研究。
壓電高聚物具有許多無機壓電材料所不具備的特點，例如壓電陶瓷硬而脆，比較重，難以加工成大面積或形狀複雜的薄膜，價格也較貴；而壓電高聚物則力學性能好，易於加工，價格便宜。其缺點是其壓電常數比無機壓電材料小，熔融溫度和軟化點也較低。
迄今研究得最多的壓電高聚物是聚偏氟乙烯，這種高聚物薄膜做成的電聲換能器已商品化。這種壓電高聚物還可用作觸診感測器，套用於炮彈引信、地應力測試，也可用於測量緩變壓力，如測量印刷鈔票的印刷版與滾筒之間接觸處的壓力。聚偏氟乙烯壓電薄膜的一個重要套用是製作超聲換能元件，能在較寬的頻率範圍內工作，而且不會失真，可以用來分析脈衝的形狀。用聚偏氟乙烯壓電薄膜做成的微型探針，可以準確地校正醫療超聲器械的聲場。
壓電常數可以通過正壓電效應或逆壓電效應來測定，為了在巨觀上描述物質的壓電性質，引用了四個不同的壓電常數,它們是壓電應變常數d31和g31（第一個下標為電效應的方向，第二個下標為機械效應的方向），壓電應力常數e和h，定義如下：

高聚物壓電性

式中D為電位移；E為電場強度；ε為應變；σ為應力；π為圓周率。幾種主要高聚物的壓電應變常數 d31和g31見表。

關於高聚物壓電效應的基本機理，就整體來說還不夠清楚，有人提出了偶極子模型的假設，但它還不完善

高聚物

壓電材料性質

對外力作用產生電極化，對施加電場產生對應應變的有機聚合物材料。壓電性是電介質的力學性質與電子性質的耦合。很多有機聚合物都有壓電性，如生物高分子、極性高分子等，但研究最多，並已得到套用的主要有聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物，尼龍11，亞乙烯基二氰-醋酸乙烯交替共聚物等。可用於音頻換能器，如麥克風，電話送話器，揚聲器等；超聲及水下換能器；電-機械換能器；紅外及光學器件等。

氟聚合物

壓電駐極體的壓電性及其電荷的動態行為

描述了一種可控微結構的多孔聚合物壓電功能膜的製備方法,討論了採用該工藝製備的聚四氟乙烯(PTFE)和全氟乙丙烯共聚物(FEP)複合膜壓電駐極體的壓電性能及其熱穩定性.通過等溫壓電係數衰減和短路熱刺激放電(TSD)方法,研究了氟聚合物複合膜壓電活性熱穩定性改善的根源,以及脫阱電荷輸運和複合的特性.結果表明,這類氟聚合物壓電駐極體膜的準靜態壓電係數d33可高達2200pC/N;壓電係數d33的壓強特性在直到20kPa的壓強範圍內呈現良好的線性;與聚丙烯(PP)壓電駐極體膜相比較,氟聚合物複合膜壓電駐極體不但具有更高的壓電活性,而且呈現更優良的熱穩定性,並且預老化處理可以進一步提高其壓電活性的熱穩定性.氟聚合物熱穩定性的提高是源於材料微結構的穩定以及基體電介質的優異電荷儲存性能;儲存在微孔洞上下固體介質壁上的空間電荷在熱激發脫阱後,在駐極體電場作用下的輸運路徑主要沿著固體介質層的表面遷移並與異性電荷複合.

壓電聚合物駐極體材料的現狀和進展

聚偏氟乙烯(PVDF)家族作為一類傳統的壓電、熱釋電和鐵電聚合物，30餘年來已研製出成百種功能元器件，近年來仍頗具活力。以奇數尼龍、亞乙烯基二氰共聚物及聚脲為代表的發展中有機壓電材料，可望明顯地擴展PVDF家族的套用範圍，但它們中的大多數仍待產業化。而近年來發展起來的以聚丙烯蜂窩膜和聚四氟乙烯多孔膜為代表的新一代空間電荷型多孔壓電感測膜，由於揉合了壓電陶瓷和鐵電聚合物PVDF家族的各自優勢，從而在壓電性及其功能套用方面成為極具競爭力的空間電荷型聚合物壓電功能材料。

歷史與進展

壓電聚合物 (Invited Paper）

樹脂駐極體的巴西棕櫚蠟，有前hibitedgoodstabilityoftrappedchargesfornearly50years.hibited近50年來良好的穩定性被困收費。Dipolarorientationandtrappedchargearetwomecha-偶極取向和陷阱電荷是兩個機器人，nismscontributingtothepyro-,piezo-,andferroelectric-nisms促進了火法，壓電，鐵電，ityofpolymers.景軍的聚合物。Sincethe1950s,shearpiezoelectricitywas自50年代以來，剪下壓電是investigatedinpolymersofbiologicalorigin(suchascellu-生物起源研究在聚合物（如cellu-loseandcollagen)aswellassyntheticopticallyactivepoly-失去的膠原蛋白），以及合成光學活性聚mers(suchaspolyamidesandpolylacticacids).市場匯率（如聚醯胺和聚乳酸類）。Sincethe由於discoveryofpiezoelectricityinpoledpolyvinylidenefluo-壓電極化發現在聚偏氟ride(PVDF)in1969,thepyro-,piezo-,andferroelectric-騎（聚偏氟乙烯）在1969年，火法，壓電，鐵電，itywerewidelyinvestigatedinanumberofpolarpoly-受到了廣泛的調查，景聚數極mers,suchascopolymersofvinylidenefluorideandtriflu-和triflu市場匯率，如氟共聚物偏，oroethylene,copolymersofvinylcyanideandvinylacetate,oroethylene，醋酸乙烯共聚物vinylcyanide，並andnylons.和尼龍。Recentstudiesinvolvesubmicronfilmsofaro-最近的研究涉及的ARO亞微米薄膜，maticandaliphaticpolyureaspreparedbyvapordeposi-氣相沉積法製備聚脲馬蒂奇和脂肪族tionpolymerizationinvacuumandthepiezoelectricityoftion聚合的真空和壓電polyurethaneproducedbythecouplingofelectrostriction聚氨酯生產的電致伸縮耦合andbiaselectricfields.和偏置電場。gramophonepickupsusingapiece用一塊留聲機皮卡ofboneortendonweredemonstratedin1959.骨或肌腱被證明於1959年。Microphones話筒usingastretchedfilmofpolymethylglutamatewerere-使用聚谷氨酸拉伸膜進行了重新portedin1968.移植於1968年。Ultrasonictransducersusingelongatedand超音波感測器使用拉長poledfilmsofPVDFweredemonstratedin1972.聚偏氟乙烯膜的極化在1972年進行了論證。Head-頭phonesandtweetersusingPVDFweremarketedin1975.使用手機和高音聚偏氟乙烯的銷售於1975年。Hydrophonesandvariouselectromechanicaldevicesutiliz-水聽器和各種機電設備utiliz-ingPVDFanditscopolymershavebeendevelopedduring荷蘭國際集團聚偏氟乙烯及其共聚物在已開發thepast30years.在過去的30年。Thispaperbrieflyreviewsthehistory本文簡要回顧了歷史andrecentprogressinpiezoelectricpolymers.最近取得的進展和壓電聚合物。I.Introduction導言WWewillreviewinthispaperthedevelopmentofE將審查這一檔案的發展studiesonelectroactivepropertiesofpolymersfor研究聚合物電化學性質thelast50years.過去50年。Thestudiesdatebacktotheelectretsof這些研究可以追溯到駐極體的carnaubawaxandresinpreparedbyEguchiin1925[1].巴西棕櫚蠟和樹脂製備江口1925年[1]。Whenahighelectricfieldisappliedacrossinsulatorsat當一個高電場是適用於整個絕緣子在elevatedtemperatures,twokindsofchargearegenerally高溫下，兩個充電種一般generated.生成的。Thefirstisaninjectedchargefromtheelec-第一個是從注入電荷的電極，trodes,whichiscalledhomochargeandthesignisthesametrodes，這是所謂同號電荷和標誌是一樣的asthatoftheinjectedelectrode.作為電極的注入。Thesecondispolarization二是兩極分化causedbythefield-inducedorientationofdipolaratomic所引起的場致原子的偶極取向groups,whichiscalledheterochargeandthesignisoppo-團體，被稱為混雜電荷和標誌是相反的sitetothatofhomocharge.該網站同號電荷的。Heterochargealsoisproduced混雜電荷也產生bythemovementofimpurityionsfollowedbytrapping.由雜質離子運動之後俘獲。Inferroelectricpolymers,residualpolarizationduetothe在鐵電聚合物，剩餘極化由於orientationofdipolesisstabilizedandcontributestothe偶極子定位的是穩定，並有助於pyro-andpiezoelectricactivities.火法和壓電活動。ManuscriptreceivedJuly5,1999;acceptedJanuary7,2000.投稿日期1999年7月5日，接受2000年1月7日。TheauthoriswiththeKobayasiInstituteofPhysicalResearch,筆者與物理研究所研究Kobayasi，Kokubunji,Tokyo,185-0022Japan(e-mail:[email protected]).國分寺，東京，日本185-0022（電子郵件：[email protected]）。Earlyinthe1950s,Fukadafoundpiezoelectricityinvar-早在the1950s，深田恭子發現風險壓電性，iouskindsofbiopolymers.生物大分子白條種。Onlyshearpiezoelectricitywas只有在剪下壓電observedintheuniaxiallyorientedsystemsofcrystallites觀察到晶體中的導向系統的單軸ofcelluloseandcollagen.纖維素和膠原蛋白。Shearpiezoelectricityalsowas壓電也被剪observedinanumberofuniaxiallyelongatedfilmsofopti-觀察一opti數拉長薄膜的單軸-callyactivesyntheticpolymersaswellasbiologicalpoly-新增Cally活性合成以及生物聚合物聚mers.市場匯率。Thetensilepiezoelectricityinstretchedandpoledfilms拉伸薄膜的壓電極化在拉伸和ofpolyvinylidenefluoride(PVDF)wasfirstdemonstrated聚偏氟乙烯（PVDF）首次展示byKawaiin1969.1969年河合研究。Thisdiscoverytriggeredwidelyspread這一發現引起廣泛的傳播investigationsonthepyro-,piezo-,andferroelectricityof調查的火法，壓電，鐵電性的和PVDF,itscopolymers,nylons,andotherpolymersforsub-聚偏氟乙烯，及其共聚物，尼龍和其他聚合物子，sequentyears.相繼歲。Recently,submicronpyro-andpiezoelectricfilmsof最近，亞微米火法和壓電膜的polyureawerepreparedbythemethodofvapordeposi-聚脲，製備了沉積法汽tionpolymerization.tion聚合。Highpiezoelectricactivitiesalsowere壓電活動也被高foundinpolyurethanefilms,whicharecausedbythecou-發現在聚氨酯電影，這是湊造成的，plingofelectrostrictionandDCbiasfields.採樣的電致伸縮和直流偏置領域。II.二。Electrets駐極體Theoriginalelectrets,permanentlychargeddielectrics,該駐極體，原永久被控介質，werepreparedbyEguchiin1924usingamixtureof製備的混合物在1924年由江口使用carnaubawaxandresin[1].巴西棕櫚蠟和樹脂[1]。Anelectricfieldofabout電場約1.5MV/mwasappliedonamoltenmixtureatabout1.5壓/M的套用在熔融混合物約130130◦◦C.Adiskofelectretmadeofcarnaubawaxandresin,三盤的樹脂和蠟製成的駐極體巴西棕櫚，20-cmindiameterand1-cmthick,ispreservedattheSci-20厚厘米，直徑1厘米，是保存在科幻enceMuseuminTokyo.ence博物館東京。Itssurfacechargesremain45years它的表面電荷保持45年afterpreparationandwereobservedtobeapproximately製備後，被觀察到約one-sevenththeoriginalcharges[2].七分之一的原收費[2]。Sumotopreparedanumberofcarnaubawaxelectrets洲本準備了數巴西棕櫚蠟駐極體around1951.約1951年。Hewrappedthemwithmetalfoilsandstored他用金屬箔他們和存儲themindesiccators[3].他們在乾燥器[3]。Takamatsucarriedoutmeasure-高松進行了測量mentsoftheirsurfacechargesat22,27,and35yearsafter收費ments其表面在22，27和35年後preparation.準備。TheresultsareshowninFig.結果顯示在圖。1.1。Themeasured實測chargesareplottedagainstthepolingtemperature.對收費繪製極化溫度。Justafterpolingoftheelectrets,thesurfacecharges剛剛駐極體的極化，表面收費werenegative,indicatingheterocharge.為陰性，表明混雜電荷。However,after然而，在morethan22years,positivechargeswereobserved,indi-超過22年，正電荷進行了觀察，印第，catinghomocharge.cating同號電荷。Theamountofhomochargeincreases同號電荷的增加量withincreasingpolingtemperature.隨極化溫度。Theresultsindicate結果表明：thegoodstabilityofinjectedcharge(homocharge)incar-在汽車的穩定性好（同號電荷）注入電荷naubawax.nauba蠟。Anotherexampleofexcellentstabilityofin-另一個例子穩定性優良，jectedhomochargeisshowninFEPteflonfilms,whichare遭離棄的同號電荷顯示在FEP鐵氟龍電影，這是installedinelectretmicrophonesinmillionsofportable駐極體麥克風安裝在攜帶型百萬telephones.電話。0885–3010/$10.00c2000IEEE0885-3010/一十點○○美元ç2000電機及電子學工程師聯合會
12781278ieeetransactionsonultrasonics,ferroelectrics,andfrequencycontrol,vol.，第一卷會刊超聲學，鐵電和頻率控制。47,no.47，沒有。6,november2000六，2000年11月Fig.圖。1.1。Theobservationofsurfacechargeoncarnaubawaxelectrets對巴西棕櫚蠟駐極體表面電荷觀察at22,27,and35yearsafterpreparation.在22，27和35年後的準備。Themagnitudeofchargeis電荷大小的是plottedagainstthepolingtemperatureTp.策劃對極化溫度總磷。Thepolingelectricfield的極化電場was4MV/m[2].為4中壓/米[2]。III.三。ShearPiezoelectricityofBiopolymers剪下壓電生物大分子Theobservationofpiezoelectriceffectsinwoodwasfirst木頭觀察壓電效應是第一reportedbyBazhenovin1950[4],[5].Bazhenov報導，1950年[4][5]。Theexperimental實驗verificationofbothdirectandinversepiezoelectriceffects驗證直接和逆壓電效應andthedeterminationofthepiezoelectricmatrixwerecar-與基體的壓電分別測定汽車riedoutbyFukadain1955[6].里德在1955年由深田恭子[6]。Onlytheshearpiezoelectric只有剪下壓電constants−d常量-ð1414=d=D的2525arefiniteandothercomponentsare是有限的和其他零部件zero,accordingtoasymmetryD零，根據對稱性ð∞∞(∞2)fortheuniaxially（∞2）為單軸orientedsystemofcellulosecrystallites.導向系統微晶纖維素。Thesymmetryof的對稱性cellulosecrystalC纖維素晶體ç2222indicatesthatthereare8components表明，有8個元件inthepiezoelectricmatrix.在壓電矩陣。Whenthezaxisofeachcrys-當每個晶體的Z軸talalignsinthesamedirectionwithantiparallelformand同方向塔爾對齊與反平行形式和withthexandyaxesbeinguniformlydistributed,only與X和Y軸是均勻分布的，只twocomponents,−d兩個組件-ð1414=d=D的2525,remaintobefinitewithout，仍然是有限的無cancellation.取消。Duetothissymmetryrelation,mostbiopoly-由於這種對稱的關係，最biopoly-merswithfibrousconfigurationsmaymanifesttheshear配置與市場匯率可能體現剪下纖維piezoelectriceffect.壓電效應。In1953,Yasudaetal.[7]discoveredthatboneproduces1953年，安田等人。[7]發現骨生成electricitybybendingdeformation,thatthecompressed電力的彎曲變形，即壓縮regionsarenegativelypolarizedandtheelongatedregions地區是負兩極化，拉長地區arepositivelypolarized,andthatcallusisformedatthe正在積極兩極化，並形成愈傷組織是在negativelypolarizedregionswhenboneisintheinvivo兩極地區產生不利的是，當骨在體內state.狀態。Thequantitativeverificationoftheshearpiezoelec-定量驗證的剪下piezoelec-triceffectsinboneandtendonwerefirstdemonstratedby和肌腱tric的影響首先表現在骨FukadaandYasudain1957and1964[8],[9].深田恭子和安田在1957年和1964年[8][9]。Theshear剪下piezoelectricconstantfordryboned壓電常數德里布尼ð1414=−0.2pC/Nwas=-。02的PC/N為abouttwicethatofdrywood,butthatfordrytendon兩倍左右，乾燥木材，但乾肌腱dð1414=−2.0pC/Nwas10timesthatofdryboneandwas=-。20件/N為10倍，是乾骨comparablewiththatofquartzcrystald水晶是石英可比的d1111=2.2pC/N.=2。2件/全Mostbiologicalpolymers—includingpolysaccharides,pro-大多數生物聚合物，包括多糖，親teins,andpolynucleotides—havebeenfoundtoexhibitteins和核苷酸，已發現展覽shearpiezoelectricityasshowninTableI.Mostbiopoly-剪下壓電如表一大部分biopoly-mersareinthefibrousform,inwhichtheuniaxialsym-市場匯率是在纖維的形式，其中單軸對稱，metryexists.metry存在。TABLEI表IShearPiezoelectricityofBiopolymers剪下壓電生物大分子−d-ð1414(pC/N)（電腦/否）Polysaccharides多糖Cellulose纖維素wood木0.10.1ramie苧麻0.20.2Chitin幾丁質crabshell蟹殼0.20.2lobsterapodeme(demineralized)龍蝦apodeme（脫鈣）1.51.5Amylose直鏈澱粉starch澱粉2.02.0Proteins蛋白質Collagen膠原bone骨0.20.2tendon肌腱2.02.0skin皮膚0.20.2Keratin角蛋白wool羊毛0.10.1horn號角1.81.8Fibrin纖維蛋白elongatedfilmsoffibrinogen-thrombinclot凝血酶血塊拉長薄膜的纖維蛋白原-0.20.2Deoxyribonucleicacids脫氧核糖核酸salmonDNA(at−100鮭魚的DNA（在-100◦◦C)三）0.070.07QuartzCrystal水晶dð1111=2.2pC/N=2。兩個P的C/NThephysiologicalsignificanceofpiezoelectricityin對壓電生理意義biopolymerswasdiscussedbymanyauthors,butnoobvi-生物聚合物是由許多作者討論，但沒有obvi-ousconclusionswereobtained.項，得到的結論。Inconnectionwithpiezo-在連線壓電與-electricityinbone,greatinterestwasarousedinthefieldof骨電力，引起極大的興趣是在外地的orthopedics.骨科。Fortheoriginofstress-generatedpotentialin對潛在的起源與壓力產生bone,thesteamingpotentialduetofluidflowinthestruc-骨，熱氣騰騰的潛力由於流體的流動結構，tureofbonewasfoundtobemoreimportantthanthe骨真實姿態的被認為是更重要的比stress-inducedpiezoelectricpolarization[10].應激性壓電極化[10]。Theelectri-在電學calstimulationoffractureandgrowthofbonehasbeen卡爾刺激骨骨折的增長，並已veryactivelyinvestigatedforthepastseveraldecades.非常積極調查，在過去幾十年。Differenttypesofclinicaldevices,includingDCcurrent,不同類型的臨床設備，包括直流電流，ACcurrent,pulsingelectromagneticfield,andultrasonics,交流電流，脈衝電磁場，以及超音波，weredeveloped[11].制定了[11]。IV.四。PiezoelectricityofOptically壓電的光ActivePolymers積極聚合物Thesignoftheshearpiezoelectricconstantdepends的不斷簽署的剪下壓電取決於uponthechiralityofasymmetriccarbonatoms.經碳原子手性不對稱。Shear剪piezoelectricityisoriginatedfromtheinternalrotationof壓電源於內部輪換polaratomicgroupsassociatedwithanasymmetriccar-非對稱汽車與極性原子團阿索西亞特bonatom.碳原子。Themagnitudeofthepiezoelectricconstantis常量大小的壓電是proportionaltothedegreeoforientationandthedegree成正比的取向度和程度ofcrystallinity.結晶。TableIIshowsacomparisonofthepiezo-表二顯示了一個壓電比較，electricconstantd電常數D2525forthreeopticallyactivepolymers三光學活性聚合物[12]–[14].[12]-[14]。
fukada:progressinpiezoelectricpolymers深田恭子：壓電聚合物的研究進展12791279年TABLEII表二ComparisonofthePiezoelectricConstantforThreeOpticallyActivePolymers比較壓電常數的三種光學活性聚合物

CH甲烷3三Hħ||||−O−C−C−-氧-碳-碳-||||HħHħnñPolypropyleneoxide聚丙烯氧化物TTg克=−60=-60◦◦CçAt−100在-100◦◦Cç1969,FurukawaandFukada[12]1969年，古河和深田恭子[12]d=0.1pC/Nð=0。1台PC/否e=0.2mC/mé=0。2的MC/米22ε=1.9εε=1。9ε00c=2GN/mç=2號公告/米22CH甲烷3三Hħ||||−O−C−C−C−-氧-碳-碳-的C-||||HħHħOØnñPoly-β-hydroxybutyrate聚-β-羥基丁酸酯TTg克=20=20◦◦CçAt0在0◦◦Cç1984,AndoandFukada[13]1984年，安藤和深田恭子[13]d=1.3pC/Nð=1。3的PC/否e=4mC/mé=4的MC/米22ε=3εε=3ε00c=4.5GN/mç=4。5號公告/米22CH甲烷3三||−O−C−C−-氧-碳-碳-||HħOØnñPoly-lacticacid聚乳酸TTg克=85=85◦◦CçAt50在50◦◦Cç1991,Fukada[14]1991年，深田恭子[14]d=10pC/Nð=10的PC/否e=18mC/mé=18的MC/米22ε=3.5εε=3。5ε00c=2GN/mç=2號公告/米22Fig.圖。2.2。Thefrequencycharacteristicsoftrialpickupsusingbaleen,試驗使用的頻率特性皮卡鬚鯨，bone,andtendonaselectromechanicaltransducers[15],[16].骨，肌腱和感測器作為機電[15]，[16]。V.DemonstrationsofElectromechanical五，機電演示DevicesUsingShearPiezoelectricity利用壓電剪下設備ofBiopolymers生物大分子Thefirstdemonstrationsofelectromechanicaldevices機電設備的第一次示威遊行usingshearpiezoelectricityofbiopolymerswereconducted利用壓電生物聚合物進行剪下byFukadain1959.到1959年深田恭子研究。Gramophonepickupsusingtendon,留聲機拾音器使用肌腱，bone,andbaleenwereproducedtodemonstratepiezoelec-骨，和須製作了演示piezoelec-triceffectsinbiopolymers.在生物聚合物tric影響。Rochellesaltelementsusedin羅謝爾鹽分子利用commercialpickupsweresubstitutedbysmallrectangu-商業皮卡小rectangu所取代，larbimorphplatesinwhichcollagenfibersareoriented45摩爾雙晶片，其中45個板塊型膠原纖維degreesaslantlytothedirectionoflength.長度aslantly的方向。Oscillationof振盪aneedlecausesbendingoscillationofthebimorphplates,一針板的彎曲振動引起的壓電雙晶片，whichresultinthepiezoelectricoutputvoltage.從而導致壓電輸出電壓。Thefre-該頻率quencycharacteristicofoutputvoltageforsuchpickupsis輸出電壓頻率特性是這類皮卡illustratedinFig.如圖所示。2[15],[16].2[15]，[16]。Thesensitivityincreasesin的敏感性增加theorderofbaleen,bone,andtendonsuggeststheincrease鬚鯨的肌腱秩序，骨，並建議增加ofcontentandalignmentofcollagencrystallitesintheir調整的內容和微晶膠原蛋白在structures.結構。Theseprimitivedemonstrationswereeffective這些原始的示威活動是有效的topersuadepeopletobelievetheshearpiezoelectricityof說服人們相信的剪下壓電biopolymers.生物聚合物。Followingthediscoveryofshearpiezoelectricityin隨著壓電發現剪biopolymers,theshearpiezoelectricityofvariouskinds生物聚合物，壓電性的各類剪下的ofsyntheticpolypeptideswasactivelyinvestigated.合成多肽是積極調查。An一個exampleispolymethyl-L-glutamate(PMG),whichshows例如聚-L-谷氨酸（署長），這表明dð1414=−2pC/N.=-2電腦/全In1968,amicrophoneusingPMGasan1968年，一個麥克風以此作為署長electromechanicaltransducerwasdemonstrated[17],[18].機電換能器被證明[17]，[18]。Fig.圖。3showsthedesignofthemicrophone.3顯示了麥克風設計的。Athinstrip薄帶鋼ofPMGfilm,whichiselongatedtwicetheoriginallength署長的電影，這是原來的長度延長一倍andcut45degreesaslantlytothedrawdirection,isset和削減到45度aslantly畫方向，是集betweenthecenterofapaperconeandedgesofthemi-米之間的中心一紙錐和邊緣的，crophone.crophone。Thesoundvibratesthecone,whichthenstrains聲音振動圓錐體，然後株thePMGstriplongitudinally.郵政署署長條縱向。Theelectricoutputfrom輸出電thestripisledtoacathodefollowerandmainamplifier.加薩走廊是導致陰極追隨者和主放大器。Fig.圖。3alsoshowsthefrequencycharacteristicforsucha3也顯示了這樣一個頻率特性為trialmicrophone.試用麥克風。VI.六。TensilePiezoelectricity拉伸壓電ofPoledPolymers高分子的極化Kawai[19]discoveredlargepiezoelectricityinelongated河合[19]發現在大壓電拉長andpoledfilmsofpolyvinylidenefluoride(PVDF,PVF和，聚氟乙烯薄膜極化聚偏氟乙烯（PVDF22)）in1969.在1969年。ThechemicalstructureofPVDFmoleculesis聚偏氟乙烯分子的化學結構是givenby(CH由（甲烷22-CF-CF卡22)）nñ.。CFCF卡22dipolesarealignednormalto偶極子對齊正常thesurfaceofthefilmafterpolingandformaresidualpo-極化後的表面，形成薄膜殘余寶larization.偏振。Thesymmetryofpoledfilmsisrepresentedby這些影片是對稱極化代表Cç2v為2V(2mm),ifthezaxisisassignedinthepolingdirection,（2毫米），如果Z軸方向的極化分配，normaltothesurfaceoffilms,thexaxisinthedirection垂直於薄膜表面，在X軸方向ofelongation,andtheyaxisisperpendiculartoboththe伸長率，和Y軸垂直於都xandzaxes.x和z軸。Fivecomponentsofthepiezoelectricmatrix五部分組成的壓電矩陣arefinite,andtheirobservedvaluesared是有限的，其觀測值分別為d3131=20pC/N,=20件/氮，dð3232=1.5pC/N,d=1。5件/氮，Ð3333=−32pC/N,d=-32件/氮，Ð1515=−27pC/N,and=-N的27pC/和dð2424=−23pC/N,respectively[20].=-23pC/氮，分別為[20]。

壓電材料

某些表面會產生電荷，電荷量與壓力成比例。這一現象被稱為壓電效應。隨即，居里兄弟又發現了逆壓電效應，即在外電場作用下壓電體會產生形變。壓電效應的機理是：具有壓電性的晶體對稱性較低，當受到外力作用發生形變時，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導致晶體發生巨觀極化，而晶體表面電荷面密度等於極化強度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現異號電荷。反之，壓電材料在電場中發生極化時，會因電荷中心的位移導致材料變形。利用壓電材料的這些特性可實現機械振動（聲波）和交流電的互相轉換。因而壓電材料廣泛用於感測器元件中，例如地震感測器，力、速度和加速度的測量元件以及電聲感測器等。現在，這類材料被廣泛運用，舉一個很生活化的例子，打火機的火花即運用此技術。

材料原理

壓電現象是100多年前居里兄弟研究石英時發現的。那么，什麼是壓電效應呢？當你在點燃煤氣灶或熱水器時,就有一種壓電陶瓷已悄悄地為你服務了一次。生產廠家在這類壓電點火裝置內，藏著一塊壓電陶瓷，當用戶按下點火裝置的彈簧時，傳動裝置就把壓力施加在壓電陶瓷上，使它產生很高的電壓,進而將電能引向燃氣的出口放電。於是，燃氣就被電火花點燃了。壓電陶瓷的這種功能就叫做壓電效應。壓電效應的原理是，如果對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差（稱之為正壓電效應），反之施加電壓,則產生機械應力（稱為逆壓電效應）。如果壓力是一種高頻震動，則產生的就是高頻電流。而高頻電信號加在壓電陶瓷上時，則產生高頻聲信號（機械震動），這就是我們平常所說的超音波信號。也就是說，壓電陶瓷具有機械能與電能之間的轉換和逆轉換的功能，這壓電石英晶體材料種相互對應的關係確實非常有意思，壓電材料可以因機械變形產生電場，也可以因電場作用產生機械變形，這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的套用。例如，壓電材料已被用來製作智慧型結構，此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能，在未來的飛行器設計中占有重要的地位。

壓電材料的發展歷史

1880年居里兄弟發現，在石英晶體的特定方向上施加壓力或拉力會使石英晶體表面出現電荷，並且電荷的密度與施加外力的大小成比例，這就是壓電體的正壓電效應，從此便開始了壓電學的歷史。隨後，1881年居里兄弟又通過實驗驗證了逆壓電效應，並且獲得了石英晶體的正逆壓電係數。1894年沃伊特指出，介質具有壓電性的條件是其結構不具有對稱中心回。而在32類點群中只有20類點群不具有對稱中心，屬於這20類點群的電介質才可能是壓電體。
石英是壓電晶體的代表，利用石英的壓電效應可以製成振盪器和濾波器等頻控元件。在第一次世界大戰中，居里的繼承人朗之萬為了探測德國的潛水艇，用石英製成了水下超聲探測器，從而揭開了壓電套用史的光輝篇章。
除了石英晶體外，羅息爾鹽、BaTiO陶瓷也付諸套用。1947年美國的羅伯特在BaTiO。陶瓷上加高壓進行極化處理，獲得了壓電陶瓷的壓電性。隨後，美國和日本都積極開展套用BaTiO壓電陶瓷製作超聲換能器、音頻換能器、壓力感測器等計測器件以及濾波器和諧振器等壓電器件的研究，這種廣泛的套用研究進行到上世紀50年代中期。
1955年美國的B．賈菲等人發現了比BaTiO3的壓電性優越的鋯鈦酸鉛，即PZT壓電陶瓷，大大加快了套用壓電陶瓷的速度，使壓電的套用出現了一個嶄新的局面。BaTiO時代難以實用化的一些套用，特別是壓電陶瓷濾波器和諧振器以及機械濾波器等，隨著PZT壓電陶瓷的出現而迅速地實用化了。套用壓電材料的sAw濾波器、延遲線和振盪器等SAW器件，上世紀70年代末期也已實用化。上世紀70年代初引起人們注意的有機聚合物壓電材料(PVDF)，現在也已基本成熟，並已達到了生產規模。如今，隨著環保的需要，為了造福子孫，實現可持續發展，無鉛壓電材料也正在研究中。

高聚物壓電性