論述壓電材料對智能機械發展的影響

摘 要：壓電材料是智能機械發展的重要基礎組成部分，壓電材料產生的壓電效應為智能機械的結構、性能產生重要的促進作用。因此本文立足于我國智能機械發展的角度，對壓電材料對智能機械發展的影響進行系統的分析，以此促進我國智能機械的發展。

關鍵詞：壓電材料；智能機械；發展；影響

隨著我國智能機械技術的不斷發展，積極尋求一種適應智能機械設備運行的材料是智能技術發展的關鍵因素。壓電材料是智能機械傳感器和制動器的重要原料，壓電材料的應用對提高智能機械的性能具有重要的促進意義，尤其是壓電效應的壓力發電功能，對實現智能操作、降低電磁干擾以及實現設備自動化操作具有顯著的作用。

一、壓電材料的概述及分類

壓電材料是實現機械能與電能轉換的功能材料，隨著壓電效應被人們所認識，壓電材料被廣泛的應用到社會工業制造領域中?；趬弘姴牧系念愋涂梢苑譃椋簤弘娋w。石英晶體是壓電效應應用最早的材料，雖然其性能比較穩定，但是造價比較高，因此其主要應用于精度要求比較高的傳感器中；PT系壓電材料。其主要是在高頻高壓電陶瓷元件的制作中得到應用的，目前該材料在換能、超聲以及工業無損檢測等方面得到廣泛的應用；壓電陶瓷。此種材料屬于人工制造的壓電材料，尤其是納米壓電陶瓷材料的研發為智能機械發展起到了關鍵的作用。

二、壓電材料在智能機械中的應用體現

（1）傳感元件?；趬弘姴牧纤哂械恼龎弘娦梢詫弘姴牧献鳛閭鞲衅髟褂茫瑝弘娦褪钱攭弘姴牧显谑艿揭欢ǚ较虻耐饬ψ饔孟聲霈F變形，而壓電材料內部會同時發生激化，也就是在晶體的相對方向出現正負電荷。一般壓電效應分為正壓電效應和逆壓電效應。將壓電材料應用到智能機械的傳感器中就相當于測量裝置，其主要是對外界的環境變化等進行測量，根據外界變化及時作出相應的反應，并且將其轉化為識別電信號進行傳輸。（2）驅動元件。將壓電材料作為驅動元件就是利用壓電材料的逆壓電效應實現。在壓電材料的外部實施電場，此時壓電材料因為受到電場影響而出現機械變形，進而產生逆壓電效應，此時就可以通過對輸入電信號的大小做出相應的動作或者達到某種特定的狀態。（3）控制系統。由于智能機械設備需要根據外界環境的變化而調整自己的工作狀態，基于外界環境的不確定性，需要機械控制器具有一定的在線學習功能和一定的智能性，同時控制系統還需要不斷地接受傳感器的信號傳遞，并且通過內部控制算法輸出相應的控制信號給驅動元件，以此實現機械設備的自動化操作。

三、壓電材料對智能機械發展的影響

由于壓電材料在智能機械中占據重要的影響地位，使得對智能機械的發展產生巨大的影響：一是提高智能機械設備的穩定性?；趥鹘y機械機械動能的影響，機械設備在具體的操作中存在很大的噪音，而且其容易出現損壞、破壞等病害，而通過應用壓電材料則實現了智能機械運行的穩定性，提高了機械使用壽命。我們以機械梁為例，由于機械動力主要集中在設備大梁上，受到外界沖擊力以及自身運動力的影響，機械設備的穩定會出現缺陷，影響工作效率，而壓電材料的壓電效應則可以解決該問題。壓電材料可以粘貼到機械設備的結構內部，通過與控制器相連接，根據傳感器采集的信號及時將相應的信息傳遞到控制器中，從而將機械變形能轉變為電能等，以此提高智能機械操作的性能；二是壓電材料有助于智能機械的節能目的。隨著我國能源消耗的日益增加，發展智能機械的重要目的就是降低能源消耗，因此通過壓電材料的壓電效應可以為智能機械提供廣泛的動能，在智能機械發展過程中我們可以利用壓電效應將傳感器接收到的動能等轉化為光能、電能等，以此應用到智能機械中，解決了智能機械的能源問題。

雖然將壓電材料應用到智能機械中具有重要的意義，但是由于壓電材料的研究時間還不長，二者的融合應用還存在缺陷：一是關于二者融合方面的人才比較匱乏。由于在現有環境下，關于壓電材料與智能機械融合的研究時間還不長，因此對于人才的要求會更好，而目前我國關于這方面的人才比較匱乏，尤其是缺乏高端的人才；二是智能機械制作精密，連接機械繁多，設備復雜對智能機械的維護提出了很高的要求。三是智能機械一旦出現問題，壓電材料和智能機械所需配件在國內外沒有配套的公司生產，這些問題都嚴重影響了其發展，二者完美有機的結合需要多學科多層次的合作，需要很多衍生的相關產業配套。

總之，智能材料和智能機械相輔相成，在資源利用率，環境保護上面做出應有的貢獻，因此我們要加強對壓電材料的研究力度，將壓電材料廣泛地應用到智能機械制造中，以此更好地服務于人類，實現我國機械制造強國戰略目標。

參考文獻：

[1] 何超，陳文革.壓電材料的制備應用及其研究現狀.功能材料 2010（06）