塑料材料压电特性及常数d、g解读

塑料中有些强极性塑料在被极化处理后具有压电特性，即对其施加的应力发生应变时在介质的表面会产生相应的电压，电压大小与应变成正比。反之，压电塑料在外加高电压的作用下也能产生机械力，将电能转换为机械能，这种现象称为压电效应。具有压电效应的塑料称压电塑料，它也属于功能塑料。压电塑料广泛地用于传感器、换能器、滤波器、通信及军事工业中，主要的塑料品种有PVDF、PVDF/TrFE等。

压电特性的主要指标是用电介质的力学性能和电性能耦合起来表示的，统称为压电常数，它是反映压电材料把机械能转换成电能，或把电能转换成机械能的转换系数，分别用压电应变常数d、压电电压常数g、机电耦合常数k来表示。

1.压电应变常数d

该常数是用来表示材料压电性大小的，即指驱动材料运动和振动的能力，单位为C/N。d值大，则意味着单位应力获取的电荷量大，压电性好。

2.压电电压常数g

该常数是用来表示机械能转变为电能的效果的，即指作为传感材料时，在低应力下可产生高电压信号的能力，故亦称为传感器常数，单位为V·m/N或m²/C。

3.机电耦合常数k

该常数是用来表示压电材料的机械能和电能耦合的程度，即能量转换效率的。(www.xing528.com)

此外，还有一些指标，如压电应力常数e，单位为C/m²；压电强度常数h，单位为N/C等。

在表示材料的常数d、g符号时，都有一对脚标数字，如d₃₁、g₃₃等。

其中，d的脚标数表示力学量方向；g的脚标数表示电学量的方向；k的脚标数表示与d脚标数材料相同时的耦合常数。例如，d₃₁表示该材料一个方向的应力对三个方向产生的电荷量。相同材料不同注脚标数的材料，其指标值不等，相当于同一种材料的不同品种。以PVDF塑料为例，其压电性能见表4-18。

不是所有的塑料都有压电特性，只有强极性聚合物经极化处理后才显示有压电特性，非极性材料基本不呈现压电性。

表4-18 PVDF在室温下压电性能