論述壓電材料對(duì)智能機(jī)械發(fā)展的影響

洪煥鳳

摘 要：壓電材料是智能機(jī)械發(fā)展的重要基礎(chǔ)組成部分，壓電材料產(chǎn)生的壓電效應(yīng)為智能機(jī)械的結(jié)構(gòu)、性能產(chǎn)生重要的促進(jìn)作用。因此本文立足于我國智能機(jī)械發(fā)展的角度，對(duì)壓電材料對(duì)智能機(jī)械發(fā)展的影響進(jìn)行系統(tǒng)的分析，以此促進(jìn)我國智能機(jī)械的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：壓電材料；智能機(jī)械；發(fā)展；影響

隨著我國智能機(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展，積極尋求一種適應(yīng)智能機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的材料是智能技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。壓電材料是智能機(jī)械傳感器和制動(dòng)器的重要原料，壓電材料的應(yīng)用對(duì)提高智能機(jī)械的性能具有重要的促進(jìn)意義，尤其是壓電效應(yīng)的壓力發(fā)電功能，對(duì)實(shí)現(xiàn)智能操作、降低電磁干擾以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化操作具有顯著的作用。

一、壓電材料的概述及分類

壓電材料是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能轉(zhuǎn)換的功能材料，隨著壓電效應(yīng)被人們所認(rèn)識(shí)，壓電材料被廣泛的應(yīng)用到社會(huì)工業(yè)制造領(lǐng)域中。基于壓電材料的類型可以分為：壓電晶體。石英晶體是壓電效應(yīng)應(yīng)用最早的材料，雖然其性能比較穩(wěn)定，但是造價(jià)比較高，因此其主要應(yīng)用于精度要求比較高的傳感器中；PT系壓電材料。其主要是在高頻高壓電陶瓷元件的制作中得到應(yīng)用的，目前該材料在換能、超聲以及工業(yè)無損檢測(cè)等方面得到廣泛的應(yīng)用；壓電陶瓷。此種材料屬于人工制造的壓電材料，尤其是納米壓電陶瓷材料的研發(fā)為智能機(jī)械發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用。

二、壓電材料在智能機(jī)械中的應(yīng)用體現(xiàn)

（1）傳感元件?；趬弘姴牧纤哂械恼龎弘娦?yīng)可以將壓電材料作為傳感器元件使用，壓電效應(yīng)就是當(dāng)壓電材料在受到一定方向的外力作用下會(huì)出現(xiàn)變形，而壓電材料內(nèi)部會(huì)同時(shí)發(fā)生激化，也就是在晶體的相對(duì)方向出現(xiàn)正負(fù)電荷。一般壓電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。將壓電材料應(yīng)用到智能機(jī)械的傳感器中就相當(dāng)于測(cè)量裝置，其主要是對(duì)外界的環(huán)境變化等進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)外界變化及時(shí)作出相應(yīng)的反應(yīng)，并且將其轉(zhuǎn)化為識(shí)別電信號(hào)進(jìn)行傳輸。（2）驅(qū)動(dòng)元件。將壓電材料作為驅(qū)動(dòng)元件就是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)。在壓電材料的外部實(shí)施電場(chǎng)，此時(shí)壓電材料因?yàn)槭艿诫妶?chǎng)影響而出現(xiàn)機(jī)械變形，進(jìn)而產(chǎn)生逆壓電效應(yīng)，此時(shí)就可以通過對(duì)輸入電信號(hào)的大小做出相應(yīng)的動(dòng)作或者達(dá)到某種特定的狀態(tài)。（3）控制系統(tǒng)。由于智能機(jī)械設(shè)備需要根據(jù)外界環(huán)境的變化而調(diào)整自己的工作狀態(tài)，基于外界環(huán)境的不確定性，需要機(jī)械控制器具有一定的在線學(xué)習(xí)功能和一定的智能性，同時(shí)控制系統(tǒng)還需要不斷地接受傳感器的信號(hào)傳遞，并且通過內(nèi)部控制算法輸出相應(yīng)的控制信號(hào)給驅(qū)動(dòng)元件，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化操作。

三、壓電材料對(duì)智能機(jī)械發(fā)展的影響

由于壓電材料在智能機(jī)械中占據(jù)重要的影響地位，使得對(duì)智能機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響：一是提高智能機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性?；趥鹘y(tǒng)機(jī)械機(jī)械動(dòng)能的影響，機(jī)械設(shè)備在具體的操作中存在很大的噪音，而且其容易出現(xiàn)損壞、破壞等病害，而通過應(yīng)用壓電材料則實(shí)現(xiàn)了智能機(jī)械運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高了機(jī)械使用壽命。我們以機(jī)械梁為例，由于機(jī)械動(dòng)力主要集中在設(shè)備大梁上，受到外界沖擊力以及自身運(yùn)動(dòng)力的影響，機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定會(huì)出現(xiàn)缺陷，影響工作效率，而壓電材料的壓電效應(yīng)則可以解決該問題。壓電材料可以粘貼到機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)內(nèi)部，通過與控制器相連接，根據(jù)傳感器采集的信號(hào)及時(shí)將相應(yīng)的信息傳遞到控制器中，從而將機(jī)械變形能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?，以此提高智能機(jī)械操作的性能；二是壓電材料有助于智能機(jī)械的節(jié)能目的。隨著我國能源消耗的日益增加，發(fā)展智能機(jī)械的重要目的就是降低能源消耗，因此通過壓電材料的壓電效應(yīng)可以為智能機(jī)械提供廣泛的動(dòng)能，在智能機(jī)械發(fā)展過程中我們可以利用壓電效應(yīng)將傳感器接收到的動(dòng)能等轉(zhuǎn)化為光能、電能等，以此應(yīng)用到智能機(jī)械中，解決了智能機(jī)械的能源問題。

雖然將壓電材料應(yīng)用到智能機(jī)械中具有重要的意義，但是由于壓電材料的研究時(shí)間還不長，二者的融合應(yīng)用還存在缺陷：一是關(guān)于二者融合方面的人才比較匱乏。由于在現(xiàn)有環(huán)境下，關(guān)于壓電材料與智能機(jī)械融合的研究時(shí)間還不長，因此對(duì)于人才的要求會(huì)更好，而目前我國關(guān)于這方面的人才比較匱乏，尤其是缺乏高端的人才；二是智能機(jī)械制作精密，連接機(jī)械繁多，設(shè)備復(fù)雜對(duì)智能機(jī)械的維護(hù)提出了很高的要求。三是智能機(jī)械一旦出現(xiàn)問題，壓電材料和智能機(jī)械所需配件在國內(nèi)外沒有配套的公司生產(chǎn)，這些問題都嚴(yán)重影響了其發(fā)展，二者完美有機(jī)的結(jié)合需要多學(xué)科多層次的合作，需要很多衍生的相關(guān)產(chǎn)業(yè)配套。

總之，智能材料和智能機(jī)械相輔相成，在資源利用率，環(huán)境保護(hù)上面做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，因此我們要加強(qiáng)對(duì)壓電材料的研究力度，將壓電材料廣泛地應(yīng)用到智能機(jī)械制造中，以此更好地服務(wù)于人類，實(shí)現(xiàn)我國機(jī)械制造強(qiáng)國戰(zhàn)略目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何超，陳文革.壓電材料的制備應(yīng)用及其研究現(xiàn)狀.功能材料 2010（06）