压电陶瓷是功能陶瓷中应用极广的一种。日常生活中很多人使用的“电子打火机”和煤气灶上的电子点火器,就是压电陶瓷的一种应用。点火器就是利用压电陶瓷的压电特性,向其上施加力,使之产生十几kV的高电压,从而产生火花放电,达到点火的目的。压电陶瓷实际上是一种经过极化处理的、具有压电效应的铁电陶瓷。它是在1946年当有人证实了钛酸钡陶瓷有铁电性之后开始问世的:差不多十年之后,贾菲(Jaffe)等又发现了PbTi03-PbZrO2系(即所谓PZT系)及后来又发现的mPZT为基的三元系压电陶瓷和铌酸盐系压电陶瓷。使压电陶瓷的性能和可应用性有了极大的提高。特别是三元系压电陶瓷的出现,使压电陶瓷在选择一定耦合系数、温度特性方面有了较大的余地,能满足多种电子仪器的要求,从而使压电陶瓷的应用范围**增加了。例如陶瓷滤波器和陶瓷鉴频器,电声换能器,水声换能器,声表的波器件,电光器件,红外探测器件和压电陀螺等,都是压电陶瓷在现代电子技术中的应用。压电显微操作仪PMM 6可用于牛卵母细胞和胚胎的ICSI等实验。昆明透明带打孔压电单精子胞浆内注射
时值压电效应发现的一百周年,特参考马逊(W.P.Mason)之作撰写本文,简介压电性之历史及其应用。早期压电效应*止于学术上的趣味性研究,而如今则已成为非常有用的效应,用它制出各式各样的声电换能器,其操作频谱可由100Hz起涵盖至几个GHz,依频率的不同而有不同的用途。声纳、反潜、海底通讯、电话通讯等是低频(声频、AF波段)讯号**典型的应用。在几个MHz范围,其波长在毫米范围,适合用来作非破坏性的检验材料(nondestructivetesting,简称NDT)与医学诊断上,所谓超声波成像术、全像摄影术、计算机辅助声波断层摄影术等就是针对这些用途而研究的。频率在VHF、UHF波段则使用压电性所研制出来的表面声波电子组件。如延迟线、各式滤波器、回旋器(convolver)、相关器(correlator)等讯号处理组件,在通讯上与讯号处理上具有重要的应用。当频率高至低微波波段,其对应波长在微米范围,用来制作声学显微镜,其解像力可和传统的光学显微镜比美,而其机械波而非电磁波的独特性质,则可弥补光学显微镜在应用上的不足。北京精子制动压电150 FU“PIEZO PMM 6”是一种压电显微操作系统,作为压电注射的先驱,投入了大量的资源进行其研发。
压电效应的原理是,如果对压电材料施加压力,它便会产生电位差(称之为正压电效应),反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动),这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说,压电陶瓷具有机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。
单精子显微注射技术——解决因精子问题导致的不育症在自然受孕过程中,精子需要经历一系列复杂的生理反应,包括顶体反应、穿越透明带等,才能与卵子结合。然而,当男性存在严重的少精子症、弱精子症或畸形精子症时,这些自然过程可能无法顺利完成,导致不育。此时,单精子显微注射技术便成为了一种有效的解决方案。单精子显微注射技术针对男性精子问题而设计,也被称为第二代试管婴儿技术,其**在于通过显微操作,将单个精子直接注入卵母细胞的胞浆内,从而绕过自然受精过程中精子需要穿越卵子透明带的障碍。单精子显微注射的操作过程即使用一根极细的显微操作针,将经过筛选的单个精子注入到卵母细胞的胞浆内。这一过程需要极高的精确度和技巧,以确保精子能够成功进入卵子。受精成功后,受精卵将被培养至早期胚胎阶段,并移植到母体子宫内,以期实现妊娠。PMM通过将精子尾部与头部割离,精子头部吸入平口,在中低档能量下即可穿透透明带,进行单精子显微注射。
压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电压电效应是指:当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力撤去后,晶体又恢复到不带电的状态;当外力作用方向改变时,电荷的极性也随之改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型5种基本形式。压电晶体是各向异性的,并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应,但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。PMM 6 MB-D-2中等力度输出型号,适用于ICSI、ES细胞注射、活检操作等。日本透明带穿孔压电压电元件
PMM利用压电晶体管压电效应,将卵细胞外层的透明带轻易穿孔,以执行动物克隆或人工生殖。昆明透明带打孔压电单精子胞浆内注射
在非晶方性晶体中,施一外力使晶体变形,则由于晶格中电荷的移动造成晶体内局部性不均匀电荷分布,而产生一电位移。电荷的位移是由于晶体内部所有离子的移动,或者因为原子轨道上电子分布的变形而引起离子偏极化所造成,这些电荷位移现象在所有材料中都存在,可是要具有压电效应,则必须能在材料每单位体积中造成有效地净的电双极矩变化。是否能有这种变化,端视晶格结构之对称性而定。压电现象理论**早是李普曼(Lippmann)在研究热力学原理时就已发现,后来在同一年,居里兄弟做实验证明了这个理论,且建立了压电性与晶体结构的关系。1894年,福克特(W.Voigt)更严谨地定出晶体结构与压电性的关系,他发现32种晶类(class)可能具有压电效应(32类中不具有对称中心的有21种,其中一种压电常数为零,其余20种都具有压电效应)。昆明透明带打孔压电单精子胞浆内注射
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