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驻极体传声器中驻极体与驻极体材料的加工方法

驻极体传声器中的驻极体(electret)是指一类能长期带电的电介质材料。其带电包括电介质本身极性单元取向形成的偶极子以及内部离子的移动和由外部注入的空间电荷。尤其指一些受电场作用后发生极化且极化电荷在电场去除后仍能保持极化电荷“永久”存在于电介质表面或体内的一类物质。

驻极体具有体电荷特性,即它的电荷不同于摩擦起电,既出现在驻极体表面,也存在于其内部。若把驻极体表面去掉一层,新表面仍有电荷存在;若把它切成两半,就成为两块驻极体。这一点可与永久磁体相类比,因此驻极体又称永电体。

驻极体性能上的效应一般表现有静电效应、压电效应、铁电效应、热释电效应、非线性光学效应和生物效应等:

1、静电效应是指电介质进入驻极体的外部静电场时,由于静电感应而带电的现象。在人们的生活中已经出现了很多利用驻极体静电效应工作的器件,如薄膜驻极体传声器已广泛使用于广播、电视、录音、舞台扩声等各个领域了。利用驻极体的静电效应制作成驻极体空气过滤器等过滤设备也已投入大量的生产。

2、压电效应包括正压电效应和逆压电效应。压电性(Piezoelectricity)是一种机电能互换的现象。在驻极体的两个表面蒸镀上金属电极,当作用一定的拉力或压力在表面使其发生形变时,金属上的感应电荷发生变化从而在外电路将会有相应的电流产生。这种现象称为驻极体的压电效应。同理,当在双面镀电极的驻极体表面加上一个变化的电压时,也将使驻极体的厚度发生变化。这种现象称为驻极体的逆压电效应。利用压电驻极体的压电性即在外力作用下产生电荷这个现象,可采用压电材料进行对重型机械、轮胎压力和车内温度的监控,也对轮船和飞机等运动物体产生的振动进行机械能到电能的转换,并用它为无线收发器、传感器及微型马达等提供电源。

3、热释电效应的原理与压电效应相同,只不过作用的方式发生了变化,主要是热应力的作用替代了压力的作用。与压电效应类似,热释电性是材料对温度变化的一种响应。一般在极性电介质材料中如果含有自发极化或冻结取向极化的偶极子,则都具有热释电性。利用驻极体的热电性,则可制作红外监测器、夜视仪的接收屏幕和防火报警器等。

4、铁电效应是指驻极体中存在一些铁电畴其内部的偶极矩取向相同,而对于不同的铁电畴内偶极取向不同。平衡状态时在宏观上表现的总偶极矩为零。当有外电场作用时,偶极矩向同一方向取向因此发生了极化,但当电场移去之后体内的偶极矩又归于零。具有铁电效应的材料为铁电体,铁电体的极化强度与电场直接存在一定的关系,用图形表现称之为电滞回线。通常铁电体具有很高的电容率,而且必定同时具有压电性和热电性。利用铁电效应可以制作铁电存储器、电容器、各类传感器等。

驻极体材料有生物驻极体材料,无机材料,高分子聚合物材料等:

大多数生物聚合物都存在着明显的驻极态,比如骨骼、皮肤、毛发以及血液血管等,而这些天然的驻极体材料都是极性材料。因为构成生物体的胶原蛋白和血红蛋白等基本大分子都储存着较高密度的偶极子和分子束缚电荷,如生物体各器官都是由生物驻极体材料组成的,驻极体材料是人工器官材料的最重要研究对象之一。

无机驻极体材料包括二氧化硅、钛酸钡、锆钛酸铅、氧化锌、氧化钽、氧化铝、氧化钛、氮化硅等材料。

有机驻极体材料主要是一些高分子聚合物材料,按照其分子结构特点以及功能和性质可以分为三类。第一种是高绝缘性氟聚合物,如聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯共聚物(FEP)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)、以及聚三氟氯乙烯(PCTFE)等。第二种是极性聚合物,如聚偏二氟乙烯(PVDF)和第三种非极性聚合物,如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)以及聚酰亚胺(PI)等。这些高分子聚合物一般都有长期储存电荷的能力,并且在环境较为恶劣时也能保持长久的稳定性,因而成为众多的研究和应用的材料之一。