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压电生物陶瓷

作者:金宝搏    更新时间:2020-10-19 19:44

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  压电生物陶瓷是指用作生物医学材料的压电陶瓷材料,包括压电单晶、压电多晶体及其与聚合物复合的压电材料。如LiNbO

  (钛酸钡)压电陶瓷等。主要用于制作人体信息探测的压电传感器,如用钛酸钡压电陶瓷制作的心内导管压电微压器以及复合压电材料制作的脉压传感器等。

  压电效应是指某些电介质(无对称中心的晶体)在机械应力的作用下,产生形变,极化状态发生变化,故使晶体两端表面出现符号相反的电荷。压电效应包括正、逆压电效应。

  在某些没有对称中心的晶体中,还可以由于温度的变化产生极化,导致表面电荷变化,这种现象称为热释电效应。热释电效应是由于晶体中存在自发极化引起的,压电体不一定都具有热释电性。

  在热释电晶体中,有若干种晶体不但在某温度范围内具有自发极化,而且其自发极化强度可以因外电场而反向,这即是铁电体。因此电介质、压电体、热释电体、铁电体之间是层层包容的关系。一种经极化处理、具有压电作用的铁电陶瓷称为压电陶瓷。从晶体结构看,属于钙钛矿型、钨青铜型、层状铋钮化合物、烧绿石型化合物以及以PZT为基的四元系陶瓷等都具有压电性。常用的压电陶瓷如钛酸钡陶瓷、钛酸铅陶瓷、锆钛酸铅陶瓷(简称PZT)、以PZT为基的三元系陶瓷和铌酸盐系压电陶瓷等都属钙钛矿型。

  压电陶瓷是多晶烧结体,是一种能把电能转换成机械能或者把机械能转换成电能的一种陶瓷功能材料。它与压电单晶相比,具有许多令人满意的优点,主要是:制造方便、设备简单、可成批生产、成本低、不受尺寸和形状的限制,可以在任意方向极化,通过调节组分可在很宽的范围内改变材料的性能,以适应各种不同用途的需要,不溶于水,且能耐热耐湿,化学稳定性好等。

  19世纪末和20世纪初相继发现水晶和酒石酸钾钠等材料具有压电性质,20世纪40年代初发现钛酸钡具有压电性质,20世纪60年代发展了铌酸盐压电陶瓷,20世纪70年代发展了锆钛酸铅镧透明压电陶瓷(PLZT),使压电陶瓷的品种和系列进一步扩大。

  由于压电陶瓷的敏感性很强,能精确地测量出微弱的压力变化,人们用它来制造地震测量装置是非常适合的。地震波经过压电陶瓷的作用,可以感应一定强度的电信号。并在屏幕上硅示或以其他形式表现出来:同时,压电陶瓷还能够测定声波的传播方向。所以,用来测定和报告地震十分精确。利用压电陶瓷制造的电子振荡器和电子滤波器,频率稳定性好、精度高、使用寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性。用压电陶瓷可以制成声波探鱼仪,在水中能发出很强的声波并传至远距离之外,可以有效地探测鱼群的分布情况、规模、种类以及其他有关的资料,是捕捞作业的得力助手。

  压电陶瓷是一种具有能量转换功能的陶瓷,在机械力的作用下发生形变时,会引起表面带电。其带电强度的大小,可以和施加电场的强度成正比,也可以成反比。因此,能够在各个领域中得到广泛应用。

  生物医学工程是压电陶瓷应用的重要领域。可以用它来制作探测人体信息的压电传感器和进行压电超声治疗。当压电陶瓷发出的超声波在人体内传输时,体内的不同组织对超声波有不同的发射和透射作用。反射回来的超声波经压电陶瓷接收器转换成电信号并显示在屏幕上,据此就可以检查内脏组织的情况,判断是否发生病变。进入人体的超声波达到一定强度时,能使组织发热并轻微震动。这种作用可以对一些疾病起到治疗作刚。

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