高聚物壓電性

理論發展

1880年P.居里首先在無機材料中發現壓電性。

20世紀20年代起，其他科學家研究了硬橡膠、橡皮、賽璐珞等的壓電性，此後又研究了塑料的衝擊感應極化，乃至木、骨、肌肉、脱氧核糖核酸和核糖核酸等生物高分子的壓電性。60年代以來，許多合成高聚物（如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯，耐綸11等）的壓電性也得到了研究。

自1969年河合轍發現經拉伸和極化後的聚偏氟乙烯薄膜有強壓電性後，這個課題引起了廣泛的興趣。此後，對偏氟乙烯－四氟乙烯共聚物以及偏氟乙烯－三氟乙烯共聚物也都進行了研究。

壓電高聚物具有許多無機壓電材料所不具備的特點，例如壓電陶瓷硬而脆，比較重，難以加工成大面積或形狀複雜的薄膜，價格也較貴；而壓電高聚物則力學性能好，易於加工，價格便宜。其缺點是其壓電常數比無機壓電材料小，熔融温度和軟化點也較低。

迄今研究得最多的壓電高聚物是聚偏氟乙烯，這種高聚物薄膜做成的電聲換能器已商品化。這種壓電高聚物還可用作觸診傳感器，應用於炮彈引信、地應力測試，也可用於測量緩變壓力，如測量印刷鈔票的印刷版與滾筒之間接觸處的壓力。聚偏氟乙烯壓電薄膜的一個重要應用是製作超聲換能元件，能在較寬的頻率範圍內工作，而且不會失真，可以用來分析脈衝的形狀。用聚偏氟乙烯壓電薄膜做成的微型探針，可以準確地校正醫療超聲器械的聲場。

壓電常數可以通過正壓電效應或逆壓電效應來測定，為了在宏觀上描述物質的壓電性質，引用了四個不同的壓電常數,它們是壓電應變常數d31和g31（第一個下標為電效應的方向，第二個下標為機械效應的方向），壓電應力常數e和h， 式中D為電位移；E為電場強度；ε為應變；σ為應力；π為圓周率。幾種主要高聚物的壓電應變常數 d31和g31見表。

關於高聚物壓電效應的基本機理，就整體來説還不夠清楚，有人提出了偶極子模型的假設，但它還不完善。