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新型(xing)冠狀病(bing)毒肺(fei)炎病(bing)人(ren)發(fa)展(zhan)到重癥或者危重癥的標(biao)志就(jiu)是出現(xian)呼(hu)(hu)吸(xi)(xi)(xi)衰竭(jie)，呼(hu)(hu)吸(xi)(xi)(xi)快，出現(xian)低氧表現(xian)。因(yin)此(ci)，早(zao)期(qi)發(fa)現(xian)低氧血癥，及時使(shi)用呼(hu)(hu)吸(xi)(xi)(xi)機(ji)干預，可以(yi)避免重癥病(bing)人(ren)變成危重癥，為搶救(jiu)病(bing)人(ren)生命贏得時間。而對于呼(hu)(hu)吸(xi)(xi)(xi)機(ji)的制造，壓電(dian)(dian)(dian)陶瓷功不可沒。因(yin)為壓電(dian)(dian)(dian)陶瓷材料制作成的壓電(dian)(dian)(dian)閥是現(xian)代呼(hu)(hu)吸(xi)(xi)(xi)機(ji)的關鍵零部件，通過壓電(dian)(dian)(dian)閥也可對劑(ji)量(liang)進行(xing)細微(wei)調節，由此(ci)可精確控制氧氣(qi)混合量(liang)。由于壓電(dian)(dian)(dian)閥切換過程幾乎無聲,顯著降低的運行噪音，不會對那些需要日夜通過儀器進行輔助呼吸的病人造成打擾。因此，更受醫療界歡迎。

呼吸機(ji)與(yu)壓(ya)電閥

壓(ya)電陶瓷是(shi)一種能(neng)夠將機械能(neng)和(he)電能(neng)互相轉換的信息功能(neng)陶瓷材料(liao)-壓電效應，這樣看起來，壓電陶瓷工作原理就像一個可以將動能和勢能互相轉化彈簧。壓電陶瓷材料在通電時會發生變形，例如：兩塊相互連接的陶瓷板材會向一個特定方向彎曲，將這一現象應用在壓電閥中。這些閥門借助這一連接板，即所謂的彎曲執行器進行打開和閉合。

壓電閥的工作原理

如(ru)(ru)上圖所(suo)示：如(ru)(ru)果在彎(wan)曲(qu)執(zhi)行(xing)器(qi)上通(tong)電，陶瓷(ci)層(ceng)緊縮，由此所(suo)以葉片向上彎(wan)曲(qu)，閥(fa)門(men)打(da)開（右圖）。如(ru)(ru)果切斷(duan)電壓，彎(wan)曲(qu)轉換(huan)器(qi)恢復原始形狀，閥(fa)門(men)關閉（左(zuo)圖）。電壓越高(gao)，閥(fa)門(men)打(da)開越大，由此可對氣(qi)流量進(jin)行(xing)調節。這些切換(huan)過程可以在壓電閥(fa)中非常迅速地(di)連(lian)續進(jin)行(xing)。

值得提醒的是，大家不(bu)要被上面的示意圖給誤導了。實際上，壓(ya)電(dian)(dian)陶瓷在電(dian)(dian)場(chang)作用下(xia)產(chan)生的形變(bian)量(liang)很(hen)小(xiao)，最(zui)多(duo)不(bu)超過本(ben)身尺寸的千(qian)萬分(fen)之一，正是基于這(zhe)微(wei)小(xiao)的變(bian)化才實現了精確控(kong)制機(ji)構，這(zhe)個特性解決了精密儀器和機(ji)械的控(kong)制、微(wei)電(dian)(dian)子技術、生物(wu)工程等領域的難(nan)題。如(ru)果壓(ya)電(dian)(dian)陶瓷的真如(ru)彈簧一樣大的形變(bian)量(liang)，那就又回到了電(dian)(dian)磁閥的水(shui)平(ping)了。

壓電(dian)陶(tao)瓷(ci)其實同(tong)時(shi)具有(you)正(zheng)壓電(dian)性和逆壓電(dian)性。正(zheng)壓電(dian)性是指某(mou)些電(dian)介質在機械外力作用下,介質內部正負電荷中心發生相對位移而引起極化, 從而導致電介質兩端表面內出現符號相反的束縛電荷。反之,當給具有壓電性的電介質加上外電場時,電介質內部正負電荷中心發生相對位移而被極化, 由此位移導致電介質發生形變,這種效應稱之為逆壓電性。很顯然，壓電閥是利用了壓電陶瓷的逆壓電性。

那我們接下(xia)來再舉(ju)一(yi)(yi)(yi)個利用壓(ya)(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷正壓(ya)(ya)電(dian)(dian)效(xiao)應的例(li)子。目前(qian)有一(yi)(yi)(yi)種煤氣(qi)灶用的新款打火機就是(shi)利用了正壓(ya)(ya)電(dian)(dian)效(xiao)應，只要用手(shou)指壓(ya)(ya)一(yi)(yi)(yi)下(xia)打火按鈕，打火機上(shang)的壓(ya)(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷就能產生高電(dian)(dian)壓(ya)(ya)，形成電(dian)(dian)火花而(er)(er)點燃煤氣(qi)，可以(yi)長(chang)久使(shi)用。壓(ya)(ya)電(dian)(dian)打火機不僅使(shi)用方便，安(an)全可靠，而(er)(er)且壽命長(chang)，例(li)如一(yi)(yi)(yi)種鋯鈦酸鉛壓(ya)(ya)電(dian)(dian)陶(tao)瓷制成的打火機可使(shi)用100萬次以上。

此(ci)外，壓電(dian)陶瓷在聲(sheng)音轉(zhuan)換器(qi)，壓電(dian)引爆(bao)器(qi)，防核護(hu)目鏡，超(chao)聲(sheng)波換能器(qi)，聲(sheng)納等領域有很多成熟的應用。更加值得(de)關注的是(shi)隨著5G時代的到來，壓電陶瓷在濾波器領域中正在大展拳腳。可以預見，隨著壓電陶瓷的集成化、小型化的發展，其應用將更加廣泛。

注：部分資料來源于Festo官網

粉體圈 作者：沐恩