我國(guó)壓電功能材料質(zhì)量評(píng)價(jià)不再受制于人

中國(guó)計(jì)量院建立壓電材料關(guān)鍵參數(shù)溯源體系實(shí)現(xiàn)國(guó)際等效互認(rèn)

本報(bào)訊 （馮秀娟 記者史玉成）日前，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國(guó)計(jì)量院）承擔(dān)的質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目“壓電材料關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量技術(shù)研究及其溯源體系的建立”通過(guò)質(zhì)檢總局組織的專(zhuān)家驗(yàn)收。該項(xiàng)目在國(guó)際上首次提出基于動(dòng)態(tài)力的直接測(cè)量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)靜態(tài)法測(cè)量縱向壓電常數(shù)的準(zhǔn)確校準(zhǔn)，并建立了壓電材料關(guān)鍵參數(shù)的溯源體系，填補(bǔ)了我國(guó)壓電常數(shù)測(cè)量?jī)x器溯源能力的空白，能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)際等效互認(rèn)，為我國(guó)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，可實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)、微機(jī)電系統(tǒng)、激光導(dǎo)航、智能材料等領(lǐng)域。壓電材料的特性參數(shù)是評(píng)價(jià)壓電材料質(zhì)量的重要指標(biāo)，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(guó)際上針對(duì)壓電材料的測(cè)量出臺(tái)了一系列標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于壓電常數(shù)測(cè)量系統(tǒng)本身的校準(zhǔn)尚沒(méi)有統(tǒng)一的方法和標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各廠(chǎng)家根據(jù)不同原理生產(chǎn)的壓電常數(shù)測(cè)量?jī)x器得到的結(jié)果之間可比性較差，也影響了進(jìn)出口貿(mào)易中壓電材料的質(zhì)量評(píng)判。在我國(guó)，由于壓電材料參數(shù)測(cè)量和溯源能力的欠缺，導(dǎo)致了進(jìn)口壓電材料的質(zhì)量控制不夠；出口的技術(shù)支持匱乏，使得通常國(guó)產(chǎn)壓電陶瓷片只有進(jìn)口件價(jià)格的幾十分之一，原因之一就是我國(guó)壓電材料“身份卡”上提供的各種參數(shù)準(zhǔn)確度不高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年全球僅壓電晶體元件貿(mào)易額超100億元，其中我國(guó)占貿(mào)易量的比例超50%，金額卻僅占20%。壓電陶瓷貿(mào)易量更大，高端壓電陶瓷和壓電薄膜制成的標(biāo)準(zhǔn)換能器，如標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器、標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器，幾乎完全被國(guó)外廠(chǎng)家壟斷。

為改變上述狀況，中國(guó)計(jì)量院和上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院經(jīng)過(guò)3年的努力，系統(tǒng)研究了壓電材料縱向壓電常數(shù)的測(cè)量方法，建立了動(dòng)態(tài)諧振法、準(zhǔn)靜態(tài)法、激光干涉法和氣腔壓力法標(biāo)準(zhǔn)裝置，測(cè)量不確定度可達(dá)2%(k=2)，并建立了基于參考材料的壓電材料特性參數(shù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和壓電材料計(jì)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(wèn)題，能夠支持智能材料的研發(fā)，有效支撐了進(jìn)口壓電晶片、壓電薄膜的質(zhì)量控制和我國(guó)壓電材料的出口服務(wù)。

據(jù)介紹，該項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新性在于：通過(guò)動(dòng)態(tài)力的直接測(cè)量，給出參考試樣的壓電常數(shù)，解決了壓電材料測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)溯源問(wèn)題；通過(guò)方法間的對(duì)照研究，經(jīng)過(guò)頻域修正，驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)諧振法、準(zhǔn)靜態(tài)法和激光干涉法間測(cè)量結(jié)果的一致性。

《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》