壓電材料行業(yè)市場需求及前景展望

• 吳澳燕 2023年4月19日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 1075 68
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壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。利用壓電材料的這些特性可實現(xiàn)機械振動(聲波)和交流電的互相轉(zhuǎn)換。因而壓電材料廣泛用于傳感器元件中，例如地震傳感器，力、速度和加速度的測量元件以及電聲傳感器等。

壓電材料作為當(dāng)今使用率最高的功能性材料之一，其應(yīng)用范圍日益廣泛，這是因為其具有化學(xué)穩(wěn)定性高、制備工藝方便、成本低以及壓電性能較好。壓電陶瓷在日常生活中發(fā)揮著重要的作用，不僅廣泛應(yīng)用在民事生活中，在軍用器件中也起到了必不可少的作用。壓電陶瓷的應(yīng)用主要可分為兩類，一是壓電振子，二是壓電換能器。壓電振子主要是通過輸入電信號的方式，一般應(yīng)用在濾波器、變壓器、電子通訊設(shè)備中等等;壓電換能器主要是通過實現(xiàn)機械能與電能之間的轉(zhuǎn)換，一般大都應(yīng)用在水下?lián)Q能器、醫(yī)用換能器、超聲換能器中等等。

到目前為止，所有壓電材料都是固體的。這種材料之所以被稱為壓電材料，是因為它們具有正常情況下保持電荷，在承受壓力時釋放電荷的特性。這些固體壓電材料目前被廣泛用于聲吶設(shè)備、吉他拾音器和手機揚聲器等產(chǎn)品中。在最新研究中，密歇根州立大學(xué)化學(xué)家伊克巴勒·侯賽因等人發(fā)現(xiàn)了迄今第一種在室溫下以液體形式存在的壓電材料。

最新發(fā)現(xiàn)的液體壓電材料是一種離子液體，離子液體由具有不對稱性的柔性有機陽離子和具有對稱性的弱配位陰離子的鹽制成。電在這些離子液體內(nèi)部積聚，研究人員在用活塞向圓柱體內(nèi)的離子液體樣本施加壓力時發(fā)現(xiàn)，電被釋放出來。他們還發(fā)現(xiàn)，釋放的電量與施加的壓力成正比。進一步的測試表明，離子液體的光學(xué)性質(zhì)在其釋放電流時發(fā)生了變化，在某些情況下，液體彎曲光線的方式也發(fā)生了變化。

根據(jù)中研普華產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《2021-2025年中國壓電材料行業(yè)發(fā)展前景及深度調(diào)研分析報告》顯示：

壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現(xiàn)電壓的晶體材料。利用壓電材料的這些特性可實現(xiàn)機械振動(聲波)和交流電的互相轉(zhuǎn)換。因而壓電材料廣泛用于傳感器元件中，例如地震傳感器，力、速度和加速度的測量元件以及電聲傳感器等。

智能化是當(dāng)下新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點，壓電技術(shù)既能用于傳感器又能用于驅(qū)動器，同時還能給無源傳感器供電，將在產(chǎn)業(yè)智能化過程中發(fā)揮重要的作用，也是功能陶瓷的研究熱點。

利用正壓電效應(yīng)，壓電材料不僅可以用于壓電能量收集器件給信號燈或者無源傳感器自供電，也可以用于振動和加速度傳感器監(jiān)測振動信號。利用逆壓電效應(yīng)，施加直流電場時，壓電陶瓷可以產(chǎn)生納米級精度的位移，可制備用于高精密位移控制的壓電驅(qū)動器。壓電驅(qū)動器具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高、響應(yīng)速度快、驅(qū)動力大等優(yōu)點在航空航天、精密光學(xué)儀器、生物醫(yī)學(xué)、微型機器人等高新技術(shù)領(lǐng)域作為精確位移控制的核心元器件獲得廣泛應(yīng)用。

壓電材料行業(yè)市場需求及前景展望

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、無線終端產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，我國壓電材料市場處于供不應(yīng)求，產(chǎn)量及需求量呈現(xiàn)波動增加趨勢。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2020年我國壓電石英材料產(chǎn)量為1082噸，需求量為1544噸，2021年產(chǎn)需量分別為1100噸、1600噸。傳感器中的壓電材料通常有三類：一類是壓電晶體，它是單晶體，如石英晶體、酒石酸鉀鈉等;另一類是經(jīng)過極化處理的壓電陶瓷，它是人工合成的多晶體，如鈦酸鋇等;第三類是有機壓電材料，是新型的壓電材料，如聚偏二氟乙烯等。

壓電材料是一種能夠進行機械能與電能之間相互轉(zhuǎn)化的智能材料，現(xiàn)已形成市場規(guī)模為每年近百億美元的巨大產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用范圍從手機等家用電子產(chǎn)品到航空航天、艦艇聲納、高速列車等領(lǐng)域。半個世紀(jì)以來，壓電材料產(chǎn)業(yè)一直由性能優(yōu)異的鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷所統(tǒng)治。

壓電陶瓷可以在超聲換能器/傳感器方面取得廣泛的應(yīng)用，包括：超聲焊接、超聲電機、超聲波探傷、超聲清洗、超聲傳感器等，應(yīng)用領(lǐng)域涉及消費類電子、工業(yè)、醫(yī)療、軍工等，市場空間巨大。小型化、集成化、柔性、高性能是壓電陶瓷及器件的發(fā)展方向，壓電陶瓷及器件正從單層發(fā)展到多層器件;從純陶瓷發(fā)展到具有柔性陶瓷/聚合物復(fù)合器件，甚至到完全柔性的PVDF基器件;從壓電陶瓷器件發(fā)展到具有高分辨率、高帶寬壓電單晶器件等。

從行業(yè)競爭情況來看，我國壓電材料企業(yè)數(shù)量眾多，能夠生產(chǎn)的產(chǎn)品種類較為齊全，涌現(xiàn)出一批優(yōu)秀企業(yè)，例如天通股份、中科三環(huán)、無錫好達電子等。但我國壓電材料行業(yè)集中度低，排名前三的企業(yè)合計市場份額占比僅為10%左右，大部分企業(yè)規(guī)模偏小，資金實力較弱，在研發(fā)、技術(shù)、人才等方面較為薄弱，以低端產(chǎn)品生產(chǎn)為主。在此背景下，我國壓電材料行業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展不合理，高端產(chǎn)能不足，低端產(chǎn)能過剩。

作為使用頻率最高的功能性材料之一，壓電材料在全球市場需求旺盛。2021年全球壓電材料市場規(guī)模達82.3億元，同比增長9.6%。受益于壓電材料行業(yè)景氣度不斷提高，壓電晶體作為其細分產(chǎn)品，行業(yè)發(fā)展前景不斷向好。

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