Piezoelectricity pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Wersing, Wolfram 编

出品人:

页数:580

译者:

出版时间:

价格:$ 236.17

装帧:

isbn号码:9783540686804

丛书系列:

图书标签:

Piezoelectricity
Piezoelectric Materials
Piezoelectric Effect
Sensors
Actuators
Energy Harvesting
Materials Science
Physics
Engineering
Applications

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具体描述

Discovered in 1880, piezoelectric materials play a key role in an innovative market of several billions of dollars. Recent advances in applications derive from new materials and their development, as well as to new market requirements. With the exception of quartz, ferroelectric materials are used for they offer both high efficiency and sufficient versatility to meet adequately the multidimensional requirements for application. Consequently, strong emphasis is placed on tailoring materials and technology, whether one deals with single crystals, ceramics or plastic materials. Tailoring requires a basic understanding of both physical principles and technical possibilities and limitations. This report elucidates these developments by a broad spectrum of examples, comprising ultrasound in medicine and defence industry, frequency control, signal processing by SAW-devices, sensors, actuators, including novel valves for modern motor management. It delivers a mutual fertilization of technology push and market pull that should be of interest not only to materials scientists or engineers but also to managers who dedicate themselves to a sound future-oriented RandD policy.

《压电性：理解无形的力量》本书深入探索了压电现象——一种将机械应力转化为电能，或反之，将电场转化为机械形变的迷人现象。从微观的晶体结构到宏观的应用领域，我们将一同揭开压电性背后的科学原理，并认识其在现代科技和社会发展中扮演的关键角色。第一章：压电性的基础本章将从压电效应的发现历程讲起，追溯居里兄弟的开创性工作。我们将详细介绍压电材料的晶体学基础，阐述非对称晶体结构如何孕育出压电性。通过对分子偶极矩、电偶极矩以及电致伸缩等基本概念的剖析，读者将理解压电性产生的微观机制。我们将学习如何描述压电性，包括压电张量、压电系数（如电压系数 $e$ 和电荷系数 $d$）等关键参数，以及它们如何量化材料的压电性能。此外，本章还将介绍正压电效应和逆压电效应，并用清晰的图示和简单的数学模型加以说明。第二章：压电材料的类型与特性压电性并非局限于一种材料，而是存在于多种物质中。本章将对几种主要的压电材料进行详尽的介绍。我们将首先关注天然压电晶体，如石英（Quartz）和磷酸二氢钾（KDP），探讨它们的结构特点、优缺点以及在特定领域中的应用。随后，我们将深入研究陶瓷压电材料，特别是锆钛酸铅（PZT）及其衍生物。读者将了解PZT的制备工艺、极化过程以及其卓越的压电性能。此外，本章还将介绍新型压电材料，包括压电聚合物（如聚偏氟乙烯 PVDF）和单晶压电材料，分析它们独特的机械和电学特性，以及它们在柔性电子、生物医学等新兴领域的潜力。我们将对比不同材料的压电系数、居里温度、介电常数等关键参数，帮助读者理解材料选择对应用性能的影响。第三章：压电传感器的原理与设计压电效应最广泛的应用之一是作为传感器。本章将详细阐述压电传感器的基本工作原理。我们将解析压电传感器如何将外部的机械量（如压力、力、加速度、振动等）转化为电信号。读者将学习到不同类型的压电传感器，包括压电加速度计、压电压力传感器、麦克风、拾音器等，了解它们各自的结构特点和工作方式。我们将探讨传感器设计的关键考量因素，如灵敏度、频率响应、抗干扰能力、工作温度范围等，并分析材料选择、电极设计、封装技术等如何影响传感器的性能。通过实际案例分析，我们将展示压电传感器在工业监测、汽车安全、地震探测、音频设备等领域的广泛应用。第四章：压电驱动器的原理与应用与传感器相反，压电驱动器则利用逆压电效应，将电信号转化为精确的机械运动。本章将聚焦于压电驱动器的设计与应用。我们将解释压电驱动器如何通过施加电压，使压电材料产生形变，从而实现微小的、高精度的位移或力。读者将了解各种类型的压电驱动器，包括压电陶瓷执行器、超声波电机、压电阀门等。我们将深入探讨驱动器的驱动方式，如直流驱动、交流驱动、脉冲驱动等，以及如何控制其位移、速度和力的输出。本章还将详细介绍压电驱动器在精密定位系统、医疗器械（如微流控泵、手术器械）、光学仪器、喷墨打印机、超声波治疗等领域的杰出表现。我们将分析驱动器的响应速度、分辨率、工作寿命等关键性能指标。第五章：压电能量收集利用压电效应从环境中收集能量，为低功耗设备提供动力，是当前研究的热点领域。本章将探讨压电能量收集的原理与技术。我们将分析如何从振动、冲击、压力波动等机械能来源中提取电能。读者将了解不同压电能量收集器的结构设计，如基于压电梁的振动能量收集器、压电薄膜能量收集器等。我们将讨论能量收集的效率问题，以及如何优化压电材料、机械结构和电子电路设计以提高能量转换效率。本章还将介绍能量收集后的储能与管理技术，例如使用超级电容器或电池。我们将展示压电能量收集在物联网传感器节点、无线传感器网络、可穿戴设备、医疗植入物等领域的重要应用前景。第六章：压电技术在现代工业与生活中的影响本书的最后一章将视野扩展到压电技术在更广泛的社会和工业领域的影响。我们将回顾压电性在过去几十年的发展历程，并展望其未来的发展趋势。读者将了解压电技术在汽车工业（如燃油喷射系统、驻车雷达）、航空航天（如结构健康监测、执行器）、能源（如高效发电机、波浪能转换）、消费电子（如扬声器、蜂鸣器）等关键行业中的创新应用。我们将特别关注压电技术在生物医学领域的潜力，如用于医疗成像（超声诊断）、药物输送、组织工程等。此外，本章还将探讨压电材料的环保性、可回收性以及未来可能面临的挑战和机遇。通过对这些多维度的分析，本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解压电性这一“无形的力量”如何深刻地改变着我们的世界。