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為您講述電子陶瓷的“神奇”應用
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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”應用
在茫茫大海中探測到古代沉船的精確位置，你可知道探測人員的“千里眼”、“順風耳”是什么？將按鈕輕輕一按，煤氣灶燃起藍色的火焰，你可知道是什么實現(xiàn)了這種便利？隱身飛機飛到敵人雷達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、筆記本電腦，體積越來越小，功能越來越多，你知道又是什么帶來了這一系列的變化？
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。十九世紀末到二十世紀初是電子陶瓷的萌芽時期，到現(xiàn)在為止，材料科學工作者已開發(fā)出了許多性能遠遠優(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、有機材料一起，共同組成支撐社會發(fā)展的基礎材料。下表列出了一些隨電子陶瓷的發(fā)展而問世的電子產(chǎn)品的具體例子，從中我們可以體會到電子陶瓷對人類進步的推動作用。
對電子陶瓷形形色色的應用事例，我們無法一一列舉，只能“管中窺豹”。例如，文章開頭提到的海底探測事例是使用磁致伸縮材料制造的電聲換能器。受外加交變磁場激勵后，磁致伸縮材料將產(chǎn)生伸縮振動，由此產(chǎn)生聲波；反之，當這種材料在聲波的壓力下發(fā)生形變時，材料內(nèi)部的磁感應強度也產(chǎn)生較大的變化，從而使線圈中產(chǎn)生感應電流。利用這種效應，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，應用于微位移器和定位器，比如在高精度的光學系統(tǒng)中用作長度和角度的精密調(diào)整，其位置調(diào)節(jié)精度可以達到納米級（10－10米）。形象的說，在材料體內(nèi)仿佛有一種獨特的“彈簧”，可以被磁或電誘發(fā)，雖然它的伸長量很小（微米級或納米級），卻能大顯神通。除了電致伸縮效應外，另一種可以使機械能和電能互相轉(zhuǎn)化的效應就是壓電效應。所謂壓電效應，指的是某些介質(zhì)由于內(nèi)部不存在對稱中心，所以在力的作用下會產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，稱為正壓電效應；反之，施加激勵電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機械變形，稱為逆壓電效應。這種神奇的效應已經(jīng)被科學家應用在與人們生活密切相關的許多領域，以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換、傳感、驅(qū)動和頻率控制的功能。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、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，可以對人類不能感知的細微振動進行監(jiān)測，并精確地測出地震方位和強度，從而預測地震，減少損失。又如基于壓電效應制作的壓電驅(qū)動器，能實現(xiàn)精確控制的功能，是精密機械、微電子和生物工程等領域的重要器件。可以說，壓電陶瓷不僅廣泛應用于高科技，而且頗具“平民性”，服務于人們的日常生活，使其更便捷、更舒適。
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