时值压电效应发现的一百周年,特参考马逊(W.P.Mason)之作撰写本文,简介压电性之历史及其应用。早期压电效应*止于学术上的趣味性研究,而如今则已成为非常有用的效应,用它制出各式各样的声电换能器,其操作频谱可由100Hz起涵盖至几个GHz,依频率的不同而有不同的用途。声纳、反潜、海底通讯、电话通讯等是低频(声频、AF波段)讯号**典型的应用。在几个MHz范围,其波长在毫米范围,适合用来作非破坏性的检验材料(nondestructivetesting,简称NDT)与医学诊断上,所谓超声波成像术、全像摄影术、计算机辅助声波断层摄影术等就是针对这些用途而研究的。频率在VHF、UHF波段则使用压电性所研制出来的表面声波电子组件。如延迟线、各式滤波器、回旋器(convolver)、相关器(correlator)等讯号处理组件,在通讯上与讯号处理上具有重要的应用。当频率高至低微波波段,其对应波长在微米范围,用来制作声学显微镜,其解像力可和传统的光学显微镜比美,而其机械波而非电磁波的独特性质,则可弥补光学显微镜在应用上的不足。压电破膜显微操作仪利用压电元件产生的驱动力,可以良好的穿刺各类样品:如小鼠、猪、牛的卵母细胞和胚胎。美国透明带打孔压电PMM 6D

压电驱动器压电驱动器利用逆压电效应,将电能转变为机械能或机械运动,聚合物驱动器主要以聚合物双晶片作为基础,包括利用横向效应和纵向效应两种方式,基于聚合物双晶片开展的驱动器应用研究包括显示器件控制、微位移产生系统等。要使这些创造性设想获得实际应用,还需要进行大量研究。电子束辐照P(VDF-TrFE)共聚合物使该材料具备了产生大伸缩应变的能力,从而为研制新型聚合物驱动器创造了有利条件。在潜在**应用前景的推动下,利用辐照改性共聚物制备全高分子材料水声发射装置的研究,在美国军方的大力支持下正在系统地进行之中。除此之外,利用辐照改性共聚物的优异特性,研究开发其在医学超声、减振降噪等领域应用,还需要进行大量的探索。美国透明带打孔压电PMM 6D与传统ICSI方法相比,Piezo-ICSI增加了显微注射的速度和准确率,利用MII转基因的方法有效的生成转基因鼠。

压电材料会有压电效应是因晶格内原子间特殊排列方式,使得材料有应力场与电场耦合的效应。根据材料的种类,压电材料可以分成压电单晶体、压电多晶体(压电陶瓷)、压电聚合物和压电复合材料四种。根据具体的材料形态,则可以分为压电体材料和压电薄膜两大类。聚合物早在1940年,苏联就曾发现木材具有压电性。之后又相继在苎麻、丝竹、动物骨骼、皮肤、血管等组织中发现了压电性。1960年发现了人工合成的高分子聚合物的压电性。1969年发现电极化后的聚偏二氟乙烯具有较强的压电性。具有较强压电性的材料包括PVDF及其共聚物、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚-γ-甲基-L-谷氨酸酯和尼龙-11等。复合材料压电复合材料是有两种或多种材料复合而成的压电材料。常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物(例如聚偏氟乙烯活环氧树脂)的两相复合材料。这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处,具有很好的柔韧性和加工性能,并具有较低的密度、容易和空气、水、生物组织实现声阻抗匹配。此外,压电复合材料还具有压电常数高的特点。压电复合材料在医疗、传感、测量等领域有着广泛的应用。
谐振器、滤波器等频率控制装置,是决定通信设备性能的关键器件,压电陶瓷在这方面具有明显的优越性。它频率稳定性好,精度高及适用频率范围宽,而且体积小、不吸潮、寿命长,特别是在多路通信设备中能提高抗干扰性,使以往的电磁设备无法望其项背而面临着被替代的命运。我们来看一种新型自行车减震控制器,一般的减振器难以达到平稳的效果,而这种ACX减震控制器,通过使用压电材料,***提供了连续可变的减震功能。一个传感器以每秒50次的速率监测冲击活塞的运动,如果活塞快速动作,一般是由于行驶在不平地面而造成的快速冲击,这时需要启动比较大的减震功能;如果活塞运动较慢,则表示路面平坦,只需动用较弱的减震功能。可以说,压电陶瓷虽然是新材料,却颇具平民性。它用于高科技,但更多地是在生活中为人们服务,创造美好的生活。压电显微操作仪PMM 6可用于兔子卵母细胞和胚胎的ICSI等实验。

下面我们利用压电陶瓷测试压电效应和逆压电效应。常用的压电陶瓷是由锆钛酸铅(PZT)材料做成的。将PZT材料做成的压电陶瓷片粘在圆形黄铜片上就构成了压电陶瓷元件。它具有明显的压电效应。首先,将压电陶瓷片A的两根引线通过一个按钮开关与信号发生器相联。将压电陶瓷片B的两根引线与扩音器(带喇叭)的输入端相连。将A、B两个压电陶瓷片用黑封泥固定在同一个木板制成的箱子上。当观察者将按钮开关按下,接通信号发生器和压电陶瓷A时,由于逆压电效应,A开始振动,并把振动传给木箱,木箱的振动传给压电陶瓷B,由于压电效应,使B两边产生变化电信号,再传给扩音器使喇叭发声,所以这个实验同时演示了压电效应和逆压电效应。PMM PIEZO-ICSI的广泛应用将为不孕不育患者提供新的选择,帮助他们实现生育愿望,重建家庭幸福。美国透明带打孔压电PMM 6D
“PIEZO PMM 6”是一种压电显微操作系统,作为压电注射的先驱,投入了大量的资源进行其研发。美国透明带打孔压电PMM 6D
“ICSI”(intracytoplasmicsperminjection)指卵胞浆单精子注射,其操作主要涉及“精子制动-精子拾取-破膜-注射”几个步骤,其中在“破膜”(即使用注射针刺破卵膜,以便将单个精子送入卵胞浆)这一步,部分患者的卵子会出现“无破膜感”这一特征,这是怎么回事呢?原来,进行ICSI操作的时候,并不是直接用注射针径直扎破卵膜。技术书籍这样描述道:“调节显微操作作针和卵膜至同一水平面,将注射针中的精子推至针尖处,注射针从卵子3点钟位置穿入透明带并继续进针,至卵中心或越过中心位置。由于卵膜的弹性,进针处卵膜出现‘漏斗状’,但卵膜仍未破裂,需轻微回吸注射针以确认膜破裂。一旦刺破卵膜可见到胞浆和精子的一个‘快速反流’的过程或可见卵膜‘回弹’现象,之后将精子注入卵子胞质内。这是正常情况下的破膜操作,而文章开头提到的“无破膜感”,则是指注射针穿入透明带的同时也立即穿透卵膜,不形成漏斗状结构,看不到胞浆的快速返流或回弹现象。学术界给具有这一特征的卵子细胞膜起了个特有名称——脆性卵膜。美国透明带打孔压电PMM 6D
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