[发明专利]拱形片状介电材料的制备方法、挠曲电压电复合材料

说明书

本发明公开了一种拱形片状介电材料的制备方法和一种挠曲电压电复合材料，包括以下步骤：将n层陶瓷材料叠压形成层叠体生坯后裁切，其中n≥2，所述层叠体生坯中至少有一层位于底层的陶瓷材料的收缩率相较于底层以上的陶瓷材料的收缩率小或大；将所述层叠体生坯烧结形成所述拱形片状介电材料。本发明工艺简单，可极大的减少原材料的浪费，同时适合工业化大批量生产，提高批次制备之间的稳定性。

技术领域

本发明属于功能材料领域，具体涉及一种拱形片状介电材料的制备方法，还涉及一种挠曲电压电复合材料。

背景技术

压电效应，包括正电压效应和逆压电效应，正压电效应是材料在承受压力时产生电极化响应，逆压电效应是材料在电场下产生应变响应，通过压电效应可以实现机械能与电能之间的转换。目前，压电材料是具有压电效应的一类材料，如锆钛酸铅陶瓷(PZT)等已被广泛的用于制备传感器、驱动器、换能器和能量回收等器件，在民用和国防领域有着十分重要的应用。但是，随着科学技术的快速发展压电材料的服役条件也面临着越来越大的挑战，如用于航空航天领域的耐高温压电材料等。由于传统压电材料的压电性有一定的结构限制，通常只能存在于没有中心对称的晶体结构中，使得目前得到广泛应用的压电材料多是具有优异压电性能的铁电压电材料，这类压电材料在使用时，当使用温度超过材料居里温度后，压电材料发生相变产生中心对称结构失去压电性能。因此，提高压电材料的使用温度一直是压电材料领域的一个技术难题。

为了克服压电材料的使用温度存在的技术难题，研究人员利用压电效应类似的机电耦合效应设计出一种可以在高温下使用的压电复合材料。这种类似于压电效应的机电耦合效应叫挠曲电效应，它是一种材料在存在应变梯度下的极化响应(正挠曲电效应)，或者在存在电场梯度情况下的应力响应(逆挠曲电效应)，用公式可描述为：

正挠曲电效应：

逆挠曲电效应：

在以上公式中，P_l为材料中的介电极化强度；E_l为材料中的电场强度；T_ij和S_ij分别为材料中的应力和应变；μ_ijkl为挠曲电系数，反映的是材料的挠曲电效应的强弱。挠曲电系数为四阶张量，因而在所有对称性的材料中存在着不为零分量。在很多文献中，μ_ijkl经常简化为行列式分量形式μ_ij。

这种挠曲电压电材料是通过特殊的结构将材料所承受的力或电信号转化为相应的梯度，由于材料的挠曲电效应，就会产生相应的电极化响应或应力响应，实现由机械能向电能或电能向机械能的转换，形成一种表观上的压电响应或逆压电响应。设计这种压电复合材料的关键是其结构要能将材料所承受的力或电信号转化为相应的梯度，并且要能使材料的表观压电响应尽可能的大，也就是说使材料的挠曲电响应转化为压电响应的效率尽可能的高。