在我們生活的周?chē)嬖谥?zhù)無(wú)限的動(dòng)能，壓電材料有助于充分吸收、儲存和使用各類(lèi)機械動(dòng)能，改變人與自然的互動(dòng)方式。伴隨著(zhù)數字無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的日益成熟，智能壓電材料傳感器應用愈加普及，特別是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展。
壓電材料
壓電材料是受到壓力作用時(shí)會(huì )在兩端面間出現電壓的晶體材料。一般分為有機壓電材料、無(wú)機壓電材料以及復合壓電材料。
壓電器件最早采用的材料是石英晶體，接著(zhù)是BaTiO3、Pb（Zr，Ti）O3 等壓電陶瓷以及鈮酸鋰、鉭酸鋰和氧化鋅等壓電晶體。這些晶體的對稱(chēng)性較低，當受到外力作用發(fā)生形變時(shí)，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導致晶體發(fā)生宏觀(guān)極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時(shí)兩端 面會(huì )出現異號電荷。反之，壓電材料在電場(chǎng)中發(fā)生極化時(shí)，會(huì )因電荷中心的位移導致材料變形。
基于硅半導體的壓電材料通常為晶體狀態(tài)，可有效將各類(lèi)微小的機械動(dòng)能轉化為所需的電能，當對壓電材料施加外部機械動(dòng)能時(shí)，材料內部電荷重新排列形成電位差。最典型的壓電材料應用是打火機點(diǎn)火裝置，將手指機械壓力動(dòng)能轉化為火花電能。
壓電材料技術(shù)同納米技術(shù)相結合，如納米線(xiàn)、納米片或納米薄板，最大的優(yōu)勢在于同電子微芯片的相互兼容性、靈活性和可穿戴性，可同時(shí)實(shí)現各類(lèi)數字、電子、壓電、儲能等功能。
歐盟科研理事會(huì )為此提供200萬(wàn)歐元，資助西班牙國家微電子中心領(lǐng)導的歐洲SINERGY科研團隊，致力于納米結構智能壓電材料傳感技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應用。目前的研發(fā)創(chuàng )新活動(dòng)主要集中于空客（Airbus）智能壓電材料傳感器的研制開(kāi)發(fā)，已取得多項技術(shù)突破。飛機內部6000多各類(lèi)傳感器，相互連接的電纜布線(xiàn)和運營(yíng)維護成本高昂，無(wú)線(xiàn)傳輸和壓電材料傳感技術(shù)相結合，可高效提供低成本的節能儲能解決方案。
納米結構壓電材料傳感器結合微芯片，在日常數字電子產(chǎn)品領(lǐng)域具有廣泛的應用前景?？蒲袌F隊已創(chuàng )辦2家初創(chuàng )公司，正在從事智能壓電材料傳感器的商業(yè)化推廣應用，并成功進(jìn)入智能電網(wǎng)、智能交通、智能家庭和智慧城市等行業(yè)。
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