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(shí)會(huì)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(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)(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?yàn)槠渚哂谢瘜W(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(hào)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(shí)現(xiàn)機(jī)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?yàn)樗鼈兙哂姓Ｇ闆r下保持電荷，在承受壓力時(shí)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(jī)揚(yáng)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(jī)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(shí)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(jìn)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(shí)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(bào)告》顯示：

壓電材料是受到壓力作用時(shí)會(huì)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(shí)現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)(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(diǎn)，壓電技術(shù)既能用于傳感器又能用于驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)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(diǎn)。

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(hào)燈或者無源傳感器自供電，也可以用于振動(dòng)和加速度傳感器監(jiān)測振動(dòng)信號(hào)。利用逆壓電效應(yīng)，施加直流電場時(shí)，壓電陶瓷可以產(chǎn)生納米級(jí)精度的位移，可制備用于高精密位移控制的壓電驅(qū)動(dòng)器。壓電驅(qū)動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、定位精度高、響應(yīng)速度快、驅(qū)動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)在航空航天、精密光學(xué)儀器、生物醫(yī)學(xué)、微型機(jī)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(dòng)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(jī)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(jìn)行機(jī)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(jī)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(gè)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(jī)、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(fèi)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(dá)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(jì)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(shí)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(dá)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(xì)分產(chǎn)品，行業(yè)發(fā)展前景不斷向好。

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