壓電生物陶瓷介紹

壓電生物陶瓷是指用作生物醫(yī)學材料的壓電陶瓷材料，包括壓電單晶、壓電多晶體及其與聚合物復合的壓電材料。如LiNbO3單晶(鈮酸鋰)、PZT(鋯鈦酸鋁)和BaTiO3(鈦酸鋇)壓電陶瓷等。主要用于制作人體信息探測的壓電傳感器，如用鈦酸鋇壓電陶瓷制作的心內導管壓電微壓器以及復合壓電材料制作的脈壓傳感器等。

PZT壓電陶瓷的制備流程

（1）坯體制備

采用干壓成型的方式制備坯件，干壓成型前應先將粉料造粒，即在粉料中加入占料中約5%的黏合劑，攪拌均勻并過篩，再進行預壓塊，后將預壓塊研碎并過細篩。造粒的目的不僅使黏合劑更加均勻地分布在粉料中，而且由于顆粒本身已經(jīng)壓緊，壓料中空氣又少，并較易排出，因此利于成型，成型樣品密度更加均勻。

（2）瓷件燒結和機械加工

干壓成型后的坯件，需要通過高溫燒結才能成瓷。燒結是顆粒重排靠近，使材料致密化以及晶粒生長的過程，過高的燒結溫度使陶瓷晶粒生長過大或組織結構不均勻，而燒結溫度過低則會導致晶粒發(fā)育不完全，這些都會導致PZT壓電陶瓷元件的壓電性能受到影響。

（3）上電極

PZT壓電陶瓷元件兩級間需要有金屬電極才能導電，發(fā)揮壓電性。傳統(tǒng)的上電極方法有很多種，如燒滲銀層、真空蒸鍍、化學沉銀和化學沉銅等。

（4）極化

PZT壓電陶瓷元件上電極后，需要經(jīng)過極化才能顯示壓電效應。要使壓電陶瓷得到完善的極化，充分發(fā)揮其壓電性能就必須合理地選擇極化條件，即極化電場、極化溫度和極化時間。只有在極化電場作用下，電疇才能沿電場方向取向排列，極化電場越高，促使電疇取向排列的作用越大，極化就越完善。

壓電效應

壓電效應產(chǎn)生的根源是晶體中離子電荷的位移，當不存在應變時電荷在晶格位置上分布是對稱的，所以其內部電場為零。但當給晶體施加應力則電荷發(fā)生位移，如果電荷分布不在保持對稱就會出現(xiàn)凈極化，并將伴隨產(chǎn)生一-個電場，這個電場就表現(xiàn)為壓電效應。

壓電陶瓷( piezelectric ceramics )，是指經(jīng)直流高壓極化后，具有壓電效應的鐵電陶瓷材料。晶體受到機械力的作用時，表面產(chǎn)生束縛電荷，其電荷密度大小與施加外力大小成線性關系，這種由機械效應轉換成電效應的過程稱為正壓電效應(力→形變一電壓)。晶體在受 到外電場激勵下產(chǎn)生形變，且二者之間呈線性關系，這種由電效應轉換成機械效應的過程稱為逆壓電效應(電壓- +形變)。壓電材料可以因機械變形產(chǎn)生電場，也可以因電場作用產(chǎn)生機械變形，這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例如，壓電材料已被用來制作智能結構，此類結構除具有自承載能力外，還具有自診斷性、自適應性和自修復性等