1纳米压电纤维概述

随着高新技术发展，微/纳米级压电材料作为一种新型微型智能材料，成为世界各国学者们争相探索和研究的热点领域，智能材料是一类具有传感、驱动和控制功能于一体的材料系统，它具有类生物的功能，通过自身的感知和驱动属性，实现材料的驱动功能与智能化；通过感知和响应内外界环境的变化，达到自适应的目的。^[1]

压电晶体中，正负离子排列的不对称和晶胞正负电荷重心的不重合形成电偶极矩，这些电偶极矩在某些区域内方向一致成为电畴结构。电畴在晶体上杂乱分布，其极化效应相互抵消，材料内极化强度为零，被直流电场极化后的电畴极化方向趋于同一方向，当外力作用到压电材料上引起变形，材料内部正负束缚电荷的间距变小，极化强度也变小，原来吸附在电极上的自由电荷有部分被释放，出现放电现象，称为正压电效应。在压电材料两极加一定强度电场，片内的正负电荷间距变大，极化强度也变大，电极上又吸附部分自由电荷而出现充电现象，电荷在电路中移动可对外输出机械能，称为逆压电效应。^[2]

一般具有钙钛矿、钨青铜、铋层状等结构的材料能产生压电效应，这些材料的形状一般呈粉体、纤维状、薄膜或块状，按组成组元分为压电单晶、压电陶瓷(压电多晶)、压电聚合物、复合压电材料等。目前压电材料研究的热点主要集中在弛豫型单晶(如PMN-PT)、多元体系复合料(如PZT-PVDF、PLN-PMN-PZT、PLN-PMN-PZT)以及高居里温度压电材料(如BiScO3-PbTiO₃、(1-x)LiNbO_3-x(Na,K)(Nb_yTa1-y))、细晶粒压电陶瓷、无铅压电陶瓷材料(如钛酸铋钠)等方面^[3，4]。

新材料的发展趋势是：复合化、功能特殊化、性能极限化和结构微型化。性能优良的压电材料将成为本世纪重要的新材料。^[5]

2 BaTiO₃概述

BaTiO₃是最早发现的压电陶瓷，1947年美国的罗伯特在BaTiO₃陶瓷上加高压进行极化处理，获得了压电陶瓷的压电性。随后，美国和日本都积极开展应用BaTiO₃压电陶瓷制作超声换能器、音频换能器、压力传感器等计测器件以及滤波器和谐振器等压电器件的研究，这种广泛的应用研究进行到上世纪50年代中期。1949年日本研究利用它的压电性设计鱼群探测器。^[5]

BaTiO₃是一种具有钙钛矿结构(ABO₃)的新型功能材料,它被广泛应用于电容器、PTC元件、压电换能器等电子元器件的制造。BaTiO₃的结构随着温度的变化也有多种结构相变。在120 ^oC时，立方结构将变为四方结构；在0 ^oC时，则是四方结构变为斜方结构；在-90 ^oC时，斜方结构将变为菱方结构^[6]。它同其它的一些钙钛矿型复合氧化物一样,具有良好的热稳定性、化学稳定性和结构稳定性,多年来BaTiO₃的研究主要集中在铁电材料、压电陶瓷材料等领域。

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2.1 BaTiO₃的性能特性

在钛酸钡的众多性能中，最重要的同时也是研究得最多的性能是它的电学性能，主要包括铁电性、介电性、压电性、正温度系数（PTC）效应等几方面。