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新型冠狀病毒肺炎病人發展到重癥或者危重癥的標志就是出現呼吸衰竭，呼吸快，出現低氧表現。因此，早期發現低氧血癥，及時使用呼吸機干預，可以避免重癥病人變成危重癥，為搶救病人生命贏得時間。而對于呼吸機的制造，壓電陶瓷功不可沒。因為壓電陶瓷材料制作成的壓電閥是現代呼吸機的關鍵零部件，通過壓電閥也可對劑量進行細微調節，由此可精確控制氧氣混合量。由于壓電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。

呼吸機與壓電閥

壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的信息功能陶瓷材料-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

如上圖所示：如果在彎曲執行器上通電，陶瓷層緊縮，由此所以葉片向上彎曲，閥門打開（右圖）。如果切斷電壓，彎曲轉換器恢復原始形狀，閥門關閉（左圖）。電壓越高，閥門打開越大，由此可對氣流量進行調節。這些切換過程可以在壓電閥中非常迅速地連續進行。

值得提醒的是，大家不要被上面的示意圖給誤導了。實際上，壓電陶瓷在電場作用下產生的形變量很小，最多不超過本身尺寸的千萬分之一，正是基于這微小的變化才實現了精確控制機構，這個特性解決了精密儀器和機械的控制、微電子技術、生物工程等領域的難題。如果壓電陶瓷的真如彈簧一樣大的形變量，那就又回到了電磁閥的水平了。

壓電陶瓷其實同時具有正壓電性和逆壓電性。正壓電性是指某些電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。

那我們接下來再舉一個利用壓電陶瓷正壓電效應的例子。目前有一種煤氣灶用的新款打火機就是利用了正壓電效應，只要用手指壓一下打火按鈕，打火機上的壓電陶瓷就能產生高電壓，形成電火花而點燃煤氣，可以長久使用。壓電打火機不僅使用方便，安全可靠，而且壽命長，例如一種鋯鈦酸鉛壓電陶瓷制成的打火機可使用100萬次以上。

此外，壓電陶瓷在聲音轉換器，壓電引爆器，防核護目鏡，超聲波換能器，聲納等領域有很多成熟的應用。更加值得關注的是隨著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