我國壓電功能材料質(zhì)量評價不再受制于人

中國計量院建立壓電材料關(guān)鍵參數(shù)標準裝置，實現(xiàn)材料參數(shù)精準測量

    日前，由中國計量科學研究院承擔的質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專項項目“壓電材料關(guān)鍵參數(shù)的測量技術(shù)研究及其溯源體系的建立”通過國家質(zhì)檢總局組織的專家驗收。該項目在國際上首次提出基于動態(tài)力的直接測量，實現(xiàn)準靜態(tài)法測量縱向壓電常數(shù)的準確校準，并建立了壓電材料關(guān)鍵參數(shù)的溯源體系，填補了我國壓電常數(shù)測量儀器溯源能力的空白，能夠?qū)崿F(xiàn)國際等效互認，為我國高質(zhì)量壓電材料的研制和生產(chǎn)貿(mào)易提供技術(shù)支撐。
    

    壓電材料是一種具有壓電效應(yīng)的功能性材料，包括壓電晶體、壓電陶瓷和壓電薄膜等?？蓪崿F(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)化，廣泛用于傳感器、換能器和執(zhí)行器，壓電元器件因其換能效率高等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于無損檢測、微機電系統(tǒng)、激光導航、智能材料等領(lǐng)域。壓電材料的特性參數(shù)是評價壓電材料質(zhì)量的重要指標，其中壓電常數(shù)是衡量其換能效率的關(guān)鍵參數(shù)。
    

    目前國際上針對壓電材料的測量出臺了一系列標準，但對于壓電常數(shù)測量系統(tǒng)本身的校準尚沒有統(tǒng)一的方法和標準，導致各廠家根據(jù)不同原理生產(chǎn)的壓電常數(shù)測量儀器得到的結(jié)果之間可比性較差，也影響了進出口貿(mào)易中壓電材料的質(zhì)量評判。在我國，由于壓電材料參數(shù)測量和溯源能力的欠缺，導致了進口壓電材料的質(zhì)量控制不夠，出口的技術(shù)支持匱乏，通常國產(chǎn)壓電陶瓷片只有進口件價格的幾十分之一,原因之一就是我國壓電材料“身份卡”上提供的各種參數(shù)準確度不高。據(jù)統(tǒng)計，2010年全球僅壓電晶體元件貿(mào)易額超100億元，其中我國占貿(mào)易量的比例超50％，金額卻僅占20％。高端壓電陶瓷和壓電薄膜制成的標準換能器，如標準水聽器、標準加速度傳感器，幾乎完全被國外廠家壟斷。

                     
圖為準靜態(tài)法和激光干涉法壓電材料測量裝置
    

    為改變上述狀況，中國計量院和上海市計量測試技術(shù)研究院經(jīng)過三年的努力，系統(tǒng)研究了壓電材料縱向壓電常數(shù)的測量方法，建立了動態(tài)諧振法、準靜態(tài)法、激光干涉法和氣腔壓力法標準裝置，測量不確定度可達2%(k=2)，并建立了基于參考材料的壓電材料特性參數(shù)測量標準和壓電材料計量的量值傳遞體系，解決壓電傳感器、換能器、執(zhí)行器前端的材料參數(shù)控制問題，能夠支持智能材料的研發(fā)，有效支撐了進口壓電晶片、壓電薄膜的質(zhì)量控制和我國壓電材料的出口服務(wù)。（馮秀娟、劉旭紅）