機電耦合係數()是壓電材料中量測電能和声学能之間轉換的無因次量,數值在0到1之間,也可以用百分比表示,屬於能量轉換效率。數值越接近1,表示材料在機械能和電能之間的轉換最好。機電耦合係數是壓電材料的重要參數。
定義
以下會使用標準的標示方式,說明如下:
- E_i和D_i是電場和對應的電位移
- \epsilon_{ij}是介電電容率張量
- T_{\alpha}和S_{\alpha}是應力張量和對應的
- c_{\alpha\beta}和s_{\alpha\beta}是硬度張量和張量
從準靜態循環
可以用以下的热力学循环來定義耦合係數。將試片製備成薄片,二個電極放在相對的兩面。為方便起見,和電極垂直的方向標示為3。
- 首先,先將試片的二個電極短路,保證試片兩側的電場為零,之後,在方向3施加壓應力,標示為-T_3。讓試片沒有其他的力學固定,因此-T_3是其唯一非零的限制。
- 接著,讓試片處於開路,且不加壓應力。當壓應力變為零時,試片不會回到原來的形狀,會有少許形變。
- 為了要完成此循環,需將目前類似電容的試片,接到理想負載上,使其放電。放電結束後,試片會回到原來未變形的狀態。
耦合常數k_{33}可以定義為提供電能相對於儲存的總彈性能的比例,計算如下:
:k_{33}^2 = \frac{s_{33}^E-s_{33}^D}{s_{33}^E} = \frac{d_{33}^2}{\epsilon_{33}^T\,s_{33}^E}
主係數的表示法
下表是依照壓電材料標準,主耦合係數的表示方式。
一些材料的值
參考資料
*
*[http://www.ktu.lt/ultra/journal/pdf_33_3/33-1999-Vol.3_03-D.Ciplys.pdf#search=%22Electromechanical%20coupling%20coefficient%22 Vilnius University, Laboratory of Physical Acoustics]
评论 (0)