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為您講述電子陶瓷的“神奇”應(yīng)用
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發(fā)表于 2014/8/22 8:13:13 |
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電子陶瓷有哪些“神奇”應(yīng)用
在茫茫大海中探測(cè)到古代沉船的精確位置，你可知道探測(cè)人員的“千里眼”、“順風(fēng)耳”是什么？將按鈕輕輕一按，煤氣灶燃起藍(lán)色的火焰，你可知道是什么實(shí)現(xiàn)了這種便利？隱身飛機(jī)飛到敵人雷達(dá)的眼皮底下也難以被發(fā)現(xiàn)，你知道它使用了什么“障目法”？ 手機(jī)、筆記本電腦，體積越來(lái)越小，功能越來(lái)越多，你知道又是什么帶來(lái)了這一系列的變化？
以上各種各樣的有趣現(xiàn)象、神奇功能，都離不開(kāi)陶瓷大家族中一位活力四射的成員棗電子陶瓷。電子陶瓷不僅具有傳統(tǒng)陶瓷的耐高溫、耐腐蝕、耐風(fēng)化等特性，而且在電、磁、聲、光等方面具有許多優(yōu)異的性能。十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)初是電子陶瓷的萌芽時(shí)期，到現(xiàn)在為止，材料科學(xué)工作者已開(kāi)發(fā)出了許多性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于天然礦物的電子材料，例如磁性材料鐵氧體，鐵電材料鈦酸鋇等。電子陶瓷的特殊性能主要取決于材料內(nèi)部的電子狀態(tài)，原子核結(jié)構(gòu)以及原子的組合、排列方式。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，電子陶瓷有不同的性能和用途，一般分為：絕緣陶瓷，介電陶瓷、壓電陶瓷、磁性陶瓷、半導(dǎo)體陶瓷、紅外傳感器用陶瓷和透明陶瓷。陶瓷同金屬材料、有機(jī)材料一起，共同組成支撐社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料。下表列出了一些隨電子陶瓷的發(fā)展而問(wèn)世的電子產(chǎn)品的具體例子，從中我們可以體會(huì)到電子陶瓷對(duì)人類進(jìn)步的推動(dòng)作用。
對(duì)電子陶瓷形形色色的應(yīng)用事例，我們無(wú)法一一列舉，只能“管中窺豹”。例如，文章開(kāi)頭提到的海底探測(cè)事例是使用磁致伸縮材料制造的電聲換能器。受外加交變磁場(chǎng)激勵(lì)后，磁致伸縮材料將產(chǎn)生伸縮振動(dòng)，由此產(chǎn)生聲波；反之，當(dāng)這種材料在聲波的壓力下發(fā)生形變時(shí)，材料內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度也產(chǎn)生較大的變化，從而使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流。利用這種效應(yīng)，就可以發(fā)射和接收聲波。除磁致伸縮性之外，有的材料還有較為明顯的電致伸縮現(xiàn)象，應(yīng)用于微位移器和定位器，比如在高精度的光學(xué)系統(tǒng)中用作長(zhǎng)度和角度的精密調(diào)整，其位置調(diào)節(jié)精度可以達(dá)到納米級(jí)（10－10米）。形象的說(shuō)，在材料體內(nèi)仿佛有一種獨(dú)特的“彈簧”，可以被磁或電誘發(fā)，雖然它的伸長(zhǎng)量很�。ㄎ⒚准�(jí)或納米級(jí)），卻能大顯神通。除了電致伸縮效應(yīng)外，另一種可以使機(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)化的效應(yīng)就是壓電效應(yīng)。所謂壓電效應(yīng)，指的是某些介質(zhì)由于內(nèi)部不存在對(duì)稱中心，所以在力的作用下會(huì)產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，稱為正壓電效應(yīng)；反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱為逆壓電效應(yīng)。這種神奇的效應(yīng)已經(jīng)被科學(xué)家應(yīng)用在與人們生活密切相關(guān)的許多領(lǐng)域，以實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動(dòng)和頻率控制的功能。例如，利用壓電陶瓷將外力轉(zhuǎn)換為電能的特性，可以創(chuàng)造出壓電打火機(jī)、炮彈引爆裝置，上文煤氣灶打火的例子用到的就是這種陶瓷。另外，壓電陶瓷還可以作為敏感材料，如制作壓電地震儀，可以對(duì)人類不能感知的細(xì)微振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并精確地測(cè)出地震方位和強(qiáng)度，從而預(yù)測(cè)地震，減少損失。又如基于壓電效應(yīng)制作的壓電驅(qū)動(dòng)器，能實(shí)現(xiàn)精確控制的功能，是精密機(jī)械、微電子和生物工程等領(lǐng)域的重要器件�？梢哉f(shuō)，壓電陶瓷不僅廣泛應(yīng)用于高科技，而且頗具“平民性”，服務(wù)于人們的日常生活，使其更便捷、更舒適。
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