国内压电常数测量仪器溯源体系实现突破性发展

       日前，由中国计量科学研究院承担的质检公益性行业科研专项项目“压电材料关键参数的测量技术研究及其溯源体系的建立”通过国家质检总局组织的专家验收。

　　该项目在国际上首次提出基于动态力的直接测量，实现准静态法测量纵向压电常数的准确校准，并建立了压电材料关键参数的溯源体系，填补了我国压电常数测量仪器溯源能力的空白，能够实现国际等效互认，为我国高质量压电材料的研制和生产贸易提供技术支撑。
　　压电材料是一种具有压电效应的功能性材料，包括压电晶体、压电陶瓷和压电薄膜等。可实现电能与机械能相互转化，广泛用于传感器、换能器和执行器，压电元器件因其换能效率高等优点广泛应用于无损检测、微机电系统、激光导航、智能材料等领域。压电材料的特性参数是评价压电材料质量的重要指标，其中压电常数是衡量其换能效率的关键参数。
目前国际上针对压电材料的测量出台了一系列标准，但对于压电常数测量系统本身的校准尚没有统一的方法和标准，导致各厂家根据不同原理生产的压电常数测量仪器得到的结果之间可比性较差，也影响了进出口贸易中压电材料的质量评判。在我国，由于压电材料参数测量和溯源能力的欠缺，导致了进口压电材料的质量控制不够，出口的技术支持匮乏，通常国产压电陶瓷片只有进口件价格的几十分之一，原因之一就是我国压电材料“身份卡”上提供的各种参数准确度不高。据统计，2010年全球仅压电晶体元件贸易额超100亿元，其中我国占贸易量的比例超50%，金额却仅占20%。高端压电陶瓷和压电薄膜制成的标准换能器，如标准水听器、标准加速度传感器，几乎完全被国外厂家垄断。
　　为改变上述状况，中国计量院和上海市计量测试技术研究院经过三年的努力，系统研究了压电材料纵向压电常数的测量方法，建立了动态谐振法、准静态法、激光干涉法和气腔压力法标准装置，测量不确定度可达2%(k=2)，并建立了基于参考材料的压电材料特性参数测量标准和压电材料计量的量值传递体系，解决压电传感器、换能器、执行器前端的材料参数控制问题，能够支持智能材料的研发，有效支撑了进口压电晶片、压电薄膜的质量控制和我国压电材料的出口服务。