說到能量轉換,少年朋友們大都容易理解。例如,電燈把電能轉化成為光能和熱能;電動機帶動水泵把水抽到山坡的梯田上;大壩下的水輪機帶動發電機發電,是把機械能轉化為電能……然而,你可知道,有一種壓電陶瓷,它能使機械能和電能互相轉換,為我們做許許多多有益的事情呢。
壓電現象是100多年前居裏兄弟研究石英時發現的。我們在上麵提到的壓電陶瓷,是一種先進功能陶瓷,它具有壓電效應。
那麽,什麽是壓電效應呢?
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,如果對壓電陶瓷施加壓力,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聲波信號。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,這種相互對應的關係確實非常有意思。
壓電陶瓷的用途十分廣泛。據粗略統計,壓電陶瓷至少有20多種用途。讓我們僅舉幾例:
近年來,煤氣公司出售的一種新式的電子打火機,就是應用壓電陶瓷的壓電效應製成的。有些少年朋友假如在中午要自己把飯菜熱一下,你一定有這方麵的“經驗”:隻要用大拇指壓一下打火機上的按鈕,壓電陶瓷即產生高電壓,形成火花放電,從而點燃煤氣。當壓電陶瓷把機械能轉換成電能放電時,陶瓷本身不會消耗,也幾乎沒有磨損,可以長久使用下去。所以,壓電打火機使用方便,安全可靠,壽命長。據煤氣公司銷售人員介紹,一把壓電打火機可使用30萬次以上。以每年使用3000次計算,約可以使用100年。地震這一自然現象,一直顯得異常猙獰可畏。地球每年發生的地震大約有幾百萬次,其中人能感覺到的約為幾萬次,約占1%。20世紀以來,已發生10次破壞性大地震,其中有4次發生在中國。
大地震一旦發生,對人類造成的災難是毀滅性的,因此,地震預報十分重要。由於壓電陶瓷的壓電效應非常靈敏,能精確地測出地殼內細微的變化,甚至可以檢測到10多米外昆蟲拍打翅膀引起的空氣振動,所以,壓電地震儀能精確地測出地震強度。由於壓電陶瓷能測定聲波的傳播方向,因此,壓電地震儀還能告訴人們地震的方位和距離。有壓電地震儀來預報地震,人們可以放心多了。
在軍事上,人們在製造穿甲彈的時候,常常把壓電陶瓷安裝在彈頭部位。隻要穿甲彈一擊中坦克,炸藥就會被壓電陶瓷產生的高壓電點燃而爆炸,把坦克炸得粉碎。
此外,通過正壓電效應,把機械振動轉換為交流電信號,可用來製造壓電拾音器、揚聲器、蜂鳴器、超聲波接收探頭等,其中電子音樂賀卡就是這種器件的實例。反之,通過逆壓電效應,將交流電信號轉換為機械振動,可用於製造超聲波發射儀、壓電揚聲器、錄像機和錄音機的傳動裝置以及超聲波清洗劑。另外,許多高轉換效率、高靈敏度的聲波發射和接收的壓電器件正服役於超聲波的水下探測儀,材料的超聲波無損探傷儀,探測海洋中魚群的規模、種類、密集程度、方位和距離,潛水艇位置的水下聲納,超聲波斷層攝影裝詈.大功率超聲波碎石儀等各種儀器。
壓電陶瓷具有加工成型方便、成本低、壓電特性便於控製等特點,應用範圍正在不斷擴大,前景不可估量。