我國壓電功能材料質量評價不再受制于人

中國計量院建立壓電材料關鍵參數標準裝置，實現材料參數精準測量

    日前，由中國計量科學研究院承擔的質檢公益性行業科研專項項目“壓電材料關鍵參數的測量技術研究及其溯源體系的建立”通過國家質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力的直接測量，實現準靜態法測量縱向壓電常數的準確校準，并建立了壓電材料關鍵參數的溯源體系，填補了我國壓電常數測量儀器溯源能力的空白，能夠實現國際等效互認，為我國高質量壓電材料的研制和生產貿易提供技術支撐。
    

    壓電材料是一種具有壓電效應的功能性材料，包括壓電晶體、壓電陶瓷和壓電薄膜等。可實現電能與機械能相互轉化，廣泛用于傳感器、換能器和執行器，壓電元器件因其換能效率高等優點廣泛應用于無損檢測、微機電系統、激光導航、智能材料等領域。壓電材料的特性參數是評價壓電材料質量的重要指標，其中壓電常數是衡量其換能效率的關鍵參數。
    

    目前國際上針對壓電材料的測量出臺了一系列標準，但對于壓電常數測量系統本身的校準尚沒有統一的方法和標準，導致各廠家根據不同原理生產的壓電常數測量儀器得到的結果之間可比性較差，也影響了進出口貿易中壓電材料的質量評判。在我國，由于壓電材料參數測量和溯源能力的欠缺，導致了進口壓電材料的質量控制不夠，出口的技術支持匱乏，通常國產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”上提供的各種參數準確度不高。據統計，2010年全球僅壓電晶體元件貿易額超100億元，其中我國占貿易量的比例超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研究院經過三年的努力，系統研究了壓電材料縱向壓電常數的測量方法，建立了動態諧振法、準靜態法、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、執行器前端的材料參數控制問題，能夠支持智能材料的研發，有效支撐了進口壓電晶片、壓電薄膜的質量控制和我國壓電材料的出口服務。（馮秀娟、劉旭紅）