中國粉體網訊 壓電陶瓷材料具有正逆壓電效應，其在壓電傳感器、驅動器、換能器和濾波器等器件中得到了廣泛的應用。應用范圍覆蓋航空航天、信息電子、工業機械、醫療、汽車等眾多領域。據統計，預計2026年全球壓電材料與器件市場規模將達354億美元。其中，我國壓電材料與器件的生產、使用、出口占全球規模60%以上。
壓電陶瓷，來源：京瓷
壓電陶瓷在汽車傳感領域中的應用
車用傳感器作為汽車電子控制系統的信息源，是汽車電子控制系統的關鍵部件。目前，隨著汽車電子化和自動化程度越來越高，汽車對傳感器的依賴性也越大，一輛普通的家用轎車上的傳感器數量可多達200余只。僅就壓電陶瓷型傳感器來說，常見的有壓電陶瓷爆震傳感器、超聲波傳感器、加速度傳感器等。
壓電陶瓷爆震傳感器是由壓電陶瓷振子、金屬片、密封墊、金屬外殼等構成。壓電振子產生的電荷與發動機氣缸發生的振動成正比，所產生的電壓經屏蔽線進入電控單元，由此檢測出7kHz左右振動所產生的電壓，電控單元根據這一電壓的大小判斷爆震強度，及時修正或相應推遲點火，提前消除爆震，使發動機在接近爆震、熱效率最高、燃料消耗量最少的點火時刻工作，實現無爆震工作的狀態，保證發動機以最大可能的功率和經濟指標運轉。
超聲波傳感器用作汽車倒車防撞報警裝置，由鋁合金外殼、壓電陶瓷換能器、吸聲材料、引線電極所構成。在壓電陶瓷上加一電信號，便產生機械振動而發射超聲波，當超聲波在空氣傳播途中碰到障礙物立即反射回來，作用于壓電陶瓷時，則會有電信號輸出，通過數據處理時間差測距，計算顯示車與障礙物的距離及危險相撞時報警，可準確無誤地探測汽車尾部及駕車者視角盲區的微小障礙物。此外，超聲波傳感器還用于汽車電控懸架系統，直接監測車身底盤與路面距離。
壓電陶瓷加速度傳感器可用于汽車安全氣囊系統，將兩枚壓電陶瓷片通過內部的共同電極粘接起來，形成二極結構，安裝在運動方向上并形成懸臂梁，并與外圍電路厚膜集成制成在一個外殼內，檢測汽車瞬間的低速或高速碰撞強度，轉換成電信號輸出，當碰撞強度大時，安全氣囊準確及時開啟，提高汽車安全性能。
壓電陶瓷在汽車驅動領域中的應用
壓電陶瓷利用其逆壓電效應，可以制成壓電驅動器，在汽車領域中用于驅動電動后視鏡、電動門窗、電動座椅等。這種驅動可大大減小電動機的體積，控制精度高，不受電磁干擾，無噪聲，且可直接用于直線驅動控制，無需將旋轉運動轉換成直線運動的變換機構。
壓電式噴油器是一種新型的噴油設備，它是由壓電陶瓷驅動，可精準控制噴油量和噴油時間，從而提高燃油的經濟性和減少尾氣排放。目前高級汽車電噴系統中的噴油器普遍采用壓電式噴油器，與傳統的機械式化油器比較，電控汽油噴射系統可以使汽車發動機功率提高5%-10%, 汽油消耗率降低5%-10%, 廢氣排放量減少20%。
博世第三代壓電控制式噴油器共軌噴油系統
市面上的壓電式噴油器中壓電陶瓷驅動器多采用傳統的PZT壓電陶瓷，因其具有壓電系數高、性能穩定、機械強度大等優點，但其居里溫度TC約為360℃, 所以安全使用溫度僅在180℃以下, 這限制了它在特殊環境中的使用。所以研發出性能優異、成本低廉、溫度穩定性好的高溫壓電材料具有緊迫性。
壓電陶瓷在汽車隔音降噪領域中的應用
汽車噪音已成為影響駕車環境的主要因素，當汽車中在低速行駛過程中制動片接觸轉子會產生振動，有時表現為刺耳的噪聲。這種噪聲雖不影響制動的性能，但卻會導致不必要的更換制動片和加裝用于消除噪聲的墊片、消聲材料和其他部件。
在汽車制動器活塞里安裝一種簡單的壓電陶瓷制動器，向內部制動塊的支撐板施加一定的頻率“抖動”，將有效抑制產生尖利嗓聲的振動，從而能在溫度、濕度變化和制動系統正常磨損的情況下發揮作用。
壓電陶瓷在輪胎壓力檢測系統中的應用
在交通事故中，輪胎故障是突發性交通事故發生的重要原因，其中因爆胎引發的交通事故不在少數，因此保持標準的車胎氣壓行駛和及時發現車胎漏氣是防止爆胎的關鍵。當前用于對汽車輪胎進行自動檢測的主流產品是汽車輪胎壓力監視系統（TPMS）,它能在汽車行駛時實時地對輪胎氣壓進行自動監測，對輪胎漏氣和低氣壓進行報警，以保障行車安全。
目前TPMS產品是利用電池提供動力，這不可避免的帶來一些弊端，如體積大、需要及時更換電池、質量差、嚴峻氣溫下，電池容量減少等因素。因此，TPMS產品無源化成了研究方向。恰恰，壓電陶瓷的特性能為TPMS的無源化提供可能。
壓電發電裝置結構圖
如上圖裝置所示，該壓電發電裝置中將多片圓形壓電陶瓷片并聯鏈接，上端細小圓柱接觸體與輪胎接觸，隨輪胎的轉動而周期性擠壓圓形壓電陶瓷片。在輪胎的擠壓下，壓電陶瓷片產生電荷給系統提供能量。
小結
近年來，隨著我國汽車保有量急劇增加，人們對汽車安全性和舒適性要求也越來越高，而又隨著壓電陶瓷材料、結構等技術的進一步發展，環保、復合、納米等新型壓電陶瓷必將在汽車領域中的得到更進一步的發展與應用。
參考來源：
劉奇元等：壓電陶瓷在汽車領域中的應用研究
吳金根等：高溫壓電材料、器件與應用
（中國粉體網編輯整理/空青）
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