利用电荷-弹簧模型讲授压电传感材料

邱勋林

华东理工大学上海市智能感知与检测技术重点实验室，上海，200237；

摘要：材料的压电效应物理概念抽象、数理推导繁杂，初学者往往难以掌握要领。不少学生学完课程后仍不清楚材料的压电效应到底源自何处，在选择特定应用的压电材料时不知从哪些方面入手。本文结合作者的教学实践和研究经验，提出利用简易直观的电荷-弹簧模型进行压电传感材料的教学。重点介绍了压电传感材料的种类，并运用电荷-弹簧模型分析了各类压电传感材料的压电效应，使抽象的概念变得形象、具体，易于掌握，希望有利于相关老师的教学。

关键词：电荷-弹簧模型；压电材料；压电系数；弹性模量

参考文献

[1]张福学，现代压电学[M]，北京：科学出版社，2001.

[2]A. S. Bhalla, R. Y. Guo, R. Roy, Mater. Res. Innov., 2000, 4(1): 3-26.

[3]K. S. Ramadan, D. Sameoto, S. Evoy, Smart Mater. Struct., 2014, 23: 033001.

[4]A. Jain, K. J. Prashanth, Kr. S. Asheesh, et al., Polym. Eng. Sci., 2015, 55(7): 1589-1616.

[5]X. Qiu, Y. Bian, J. Liu, et al., IET Nanodielectrics, 2022, 5: 113–124.

[6]夏钟福，驻极体[M]，北京：科学出版社，2001.

[7]X. Qiu, R. Gerhard, A. Mellinger, IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul., 2011, 18(1): 34-42.

[8]N. Wang, H. Zhang, X. Qiu, et al., Adv. Mater., 2024, 2400657.

[9]X. Qiu, W. Wirges, R. Gerhard, Ferroelectrics, 2014, 472 (1): 100-109.

[10]R. Gerhard, IEEE Conf. Electr. Insul. Diel. Phen., 2014, pp. 1–10.

[11]R. Gerhard, S. Bauer, X. Qiu, IEEE Conf. Electr. Insul. Diel. Phen., 2016, pp. 81–84.

[12]J. J. Wang, F. Y. Meng, X. Q. Ma, et al., J. Appl. Phys., 2010, 108(3): 034107.