在我們生活的周圍存在著無限的動能,壓電材料有助于充分吸收、儲存和使用各類機械動能,改變人與自然的互動方式。伴隨著數字無線傳輸技術的日益成熟,智能壓電材料傳感器應用愈加普及,特別是未來物聯網的快速發展。

壓電材料
壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現電壓的晶體材料。一般分為有機壓電材料、無機壓電材料以及復合壓電材料。
壓電器件最早采用的材料是石英晶體,接著是BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3 等壓電陶瓷以及鈮酸鋰、鉭酸鋰和氧化鋅等壓電晶體。這些晶體的對稱性較低,當受到外力作用發生形變時,晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合,導致晶體發生宏觀極化,而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影,所以壓電材料受壓力作用形變時兩端 面會出現異號電荷。反之,壓電材料在電場中發生極化時,會因電荷中心的位移導致材料變形。
基于硅半導體的壓電材料通常為晶體狀態,可有效將各類微小的機械動能轉化為所需的電能,當對壓電材料施加外部機械動能時,材料內部電荷重新排列形成電位差。最典型的壓電材料應用是打火機點火裝置,將手指機械壓力動能轉化為火花電能。
壓電材料技術同納米技術相結合,如納米線、納米片或納米薄板,最大的優勢在于同電子微芯片的相互兼容性、靈活性和可穿戴性,可同時實現各類數字、電子、壓電、儲能等功能。
歐盟科研理事會為此提供200萬歐元,資助西班牙國家微電子中心領導的歐洲SINERGY科研團隊,致力于納米結構智能壓電材料傳感技術的開發及應用。目前的研發創新活動主要集中于空客(Airbus)智能壓電材料傳感器的研制開發,已取得多項技術突破。飛機內部6000多各類傳感器,相互連接的電纜布線和運營維護成本高昂,無線傳輸和壓電材料傳感技術相結合,可高效提供低成本的節能儲能解決方案。
納米結構壓電材料傳感器結合微芯片,在日常數字電子產品領域具有廣泛的應用前景??蒲袌F隊已創辦2家初創公司,正在從事智能壓電材料傳感器的商業化推廣應用,并成功進入智能電網、智能交通、智能家庭和智慧城市等行業。
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