Piezo壓電壓電元件

壓電效應是某些介質在力的作用下產生形變時，在介質表面出現異種電荷的現象。實驗表明，這種束縛電荷的電量與作用力成正比，而電量越多，相對應的兩表面電勢差（電壓）也越大。這種神奇的效應已被應用到與人們生產、生活、***、科技密切相關的許多領域，以實現力──電轉換等功能。例如用壓電陶瓷將外力轉換成電能的特性，可以生產出不用火石的壓電打火機、煤氣灶打火開關、炮彈觸發引信等。此外，壓電陶瓷還可以作為敏感材料，應用于擴音器、電唱頭等電聲器件；用于壓電地震儀，可以對人類不能感知的細微振動進行監測，并精確測出震源方位和強度，從而預測地震，減少損失。利用壓電效應制作的壓電驅動器具有精確控制的功能，是精密機械、微電子和生物工程等領域的重要器件。可以說，壓電陶瓷等器件不僅廣泛應用于科技領域，還頗具“平民性”，對廣大“煙民”來說，天天與壓電陶瓷發生著“零接觸”，卻熟視無睹。目前流行的一次性塑料打火機，有相當一部分是采用壓電陶瓷器件來打火的。取出其中的壓電打火元件，利用壓電破膜儀 PMM ，可以精確控制和操作受精卵，提高受孕成功率。Piezo壓電壓電元件

1927年，伍德（R.W.Wood）與魯密斯（A.L.Loomis）首先使用高功率超聲波。使用藍杰文型的石英換能器配合高功率真空管，在液體中產生高能量，使液體引起所謂的空腔（cavitation）現象。同時也研究高功率超聲波對生物試樣的效應。在水下音響（underwatersound）的研究中發現，石英晶體并不是很好的換能器材料，但是它的振蕩頻率卻不隨溫度而變，亦即所謂的具有低的溫度系數。這種頻率對溫度的高穩定性，用在控制振蕩器的頻率，及某些濾波器上**有用。1919年，卡迪（Cady）教授***次利用石英當做頻率控制器，圖四就是**早期的晶體控制振蕩器電路。因為晶體具有極高的Q值（注三），振蕩器的頻率受到晶體共振頻率的控制，且頻率不隨溫度變化而變。后來，皮爾士和皮爾士-米勒（Pierce-Miller）又發明一種以后廣被采用的晶體控制振蕩電路。在第二次世界大戰中，大約使用了一千萬個晶體振蕩器，用以建立坦克與坦克之間及地面和飛機之間的通訊。武漢壓電PMM 6UPMM儀器在臨床實踐中已經取得了明顯的成果，受到了醫生和患者的一致好評。

壓電效應可分為正壓電效應和逆壓電效應。正壓電壓電效應是指：當晶體受到某固定方向外力的作用時,內部就產生電極化現象,同時在某兩個表面上產生符號相反的電荷；當外力撤去后，晶體又恢復到不帶電的狀態；當外力作用方向改變時，電荷的極性也隨之改變；晶體受力所產生的電荷量與外力的大小成正比。壓電式傳感器大多是利用正壓電效應制成的。逆壓電是指對晶體施加交變電場引起晶體機械變形的現象。用逆壓電效應制造的變送器可用于電聲和超聲工程。壓電敏感元件的受力變形有厚度變形型、長度變形型、體積變形型、厚度切變型、平面切變型5種基本形式。壓電晶體是各向異性的，并非所有晶體都能在這5種狀態下產生壓電效應。例如石英晶體就沒有體積變形壓電效應，但具有良好的厚度變形和長度變形壓電效應。

***次大戰后不久，石英換能器便發展出兩項重要的應用。首先，哈佛大學的皮爾士教授（G.W.Pierce）用石英晶體制作超聲波干涉儀，由石英所發生的超聲波和圖中聲波反射器所反射的回波混合，產生極大值，若微調反射板使前進或后退，則可獲得另一極大值，由兩極大值間的距離，亦即反射板在兩相鄰極大值間所移動的距離，可測出聲波波長。因為已知頻率，因此由頻率與波長的乘積，可定出波在氣體介質中的速度。同時，由幾個極大值間的振幅降低率，可求出波在氣體中的表減系數。當時用它來測量聲波在二氧化碳中波速對頻率的關系，而求出波速的色散關系。用這種方法，可研究氣體在不同混合比與溫度下聲波的波速與衰減率。PMM PIEZO-ICSI的廣泛應用將極大地推動輔助生殖技術的發展，為不孕不育患者提供更多的選擇和機會。

下面我們利用壓電陶瓷測試壓電效應和逆壓電效應。常用的壓電陶瓷是由鋯鈦酸鉛（PZT）材料做成的。將PZT材料做成的壓電陶瓷片粘在圓形黃銅片上就構成了壓電陶瓷元件。它具有明顯的壓電效應。首先，將壓電陶瓷片A的兩根引線通過一個按鈕開關與信號發生器相聯。將壓電陶瓷片B的兩根引線與擴音器（帶喇叭）的輸入端相連。將A、B兩個壓電陶瓷片用黑封泥固定在同一個木板制成的箱子上。當觀察者將按鈕開關按下，接通信號發生器和壓電陶瓷A時，由于逆壓電效應，A開始振動，并把振動傳給木箱，木箱的振動傳給壓電陶瓷B，由于壓電效應，使B兩邊產生變化電信號，再傳給擴音器使喇叭發聲，所以這個實驗同時演示了壓電效應和逆壓電效應。壓電式破膜儀PMM 6可用于核轉移實驗。美國透明帶打孔壓電克隆

PMM與傳統尖頭針相比可促進ES細胞注射入胚泡,用于胚胎干細胞顯微注射（ES cell Microinjection）。Piezo壓電壓電元件

時值壓電效應發現的一百周年，特參考馬遜（W.P.Mason）之作撰寫本文，簡介壓電性之歷史及其應用。早期壓電效應*止于學術上的趣味性研究，而如今則已成為非常有用的效應，用它制出各式各樣的聲電換能器，其操作頻譜可由100Hz起涵蓋至幾個GHz，依頻率的不同而有不同的用途。聲納、反潛、海底通訊、電話通訊等是低頻（聲頻、AF波段）訊號**典型的應用。在幾個MHz范圍，其波長在毫米范圍，適合用來作非破壞性的檢驗材料（nondestructivetesting,簡稱NDT）與醫學診斷上，所謂超聲波成像術、全像攝影術、計算機輔助聲波斷層攝影術等就是針對這些用途而研究的。頻率在VHF、UHF波段則使用壓電性所研制出來的表面聲波電子組件。如延遲線、各式濾波器、回旋器（convolver）、相關器（correlator）等訊號處理組件，在通訊上與訊號處理上具有重要的應用。當頻率高至低微波波段，其對應波長在微米范圍，用來制作聲學顯微鏡，其解像力可和傳統的光學顯微鏡比美，而其機械波而非電磁波的獨特性質，則可彌補光學顯微鏡在應用上的不足。Piezo壓電壓電元件