2023壓電材料行業發展前景及深度調研

• 黃文玉 2023年2月9日 來源：互聯網 1105 71
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壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現電壓的晶體材料。壓電材料可以因機械變形產生電場，也可以因電場作用產生機械變形，這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。

壓電材料的概念

壓電材料是受到壓力作用時會在兩端面間出現電壓的晶體材料。壓電效應的機理是：具有壓電性的晶體對稱性較低，當受到外力作用發生形變時，晶胞中正負離子的相對位移使正負電荷中心不再重合，導致晶體發生宏觀極化，而晶體表面電荷面密度等于極化強度在表面法向上的投影，所以壓電材料受壓力作用形變時兩端面會出現異號電荷。反之，壓電材料在電場中發生極化時，會因電荷中心的位移導致材料變形。

利用壓電材料的這些特性可實現機械振動(聲波)和交流電的互相轉換。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。這類材料被廣泛運用，舉一個很生活化的例子，打火機的火花即運用此技術。

根據中研普華產業研究院發布的《2021-2025年中國壓電材料行業發展前景及深度調研分析報告》顯示：

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。

壓電晶體一般指壓電單晶體，是指按晶體空間點陣長程有序生長而成的晶體。這種晶體結構無對稱中心，因此具有壓電性。如水晶(石英晶體)、鎵酸鋰、鍺酸鋰、鍺酸鈦以及鐵晶體管鈮酸鋰、鉭酸鋰等。相比較而言，壓電陶瓷壓電性強、介電常數高、可以加工成任意形狀，但機械品質因子較低、電損耗較大、穩定性差，因而適合于大功率換能器和寬帶濾波器等應用，但對高頻、高穩定應用不理想。

從產業鏈下游來看，石英能夠提供具有極高Q水平的諧振電子元件，用于濾波器和振蕩器，廣泛應用于電子工業、測量領域、軍事、超聲等技術領域。

從全球市場規模來看，受益于濾波器市場不斷增長，全球壓電石英晶體元件市場銷售額保持穩定增長態勢。數據顯示，2021年全球壓電石英晶體元件市場銷售額達到31億美元，預計2028年將達到43億美元，CAGR將達到為4.3%。2017年國內壓電石英材料產量為953噸，到2020年產量上升至1082噸;2016年的需求量為1391噸，2020年為1544噸，國內需求量呈波動增加趨勢。

從壓電陶瓷市場現狀來看，根據相關數據統計，2020年全球壓電陶瓷技術市場規模達到了576億元，預計2026年將達到745億元，年復合增長率CAGR為3.7%。

壓電材料的應用領域

壓電材料的應用領域可以粗略分為兩大類：即振動能和超聲振動能-電能換能器應用，包括電聲換能器，水聲換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅動器應用。

壓電驅動器利用逆壓電效應，將電能轉變為機械能或機械運動，聚合物驅動器主要以聚合物雙晶片作為基礎，包括利用橫向效應和縱向效應兩種方式，基于聚合物雙晶片開展的驅動器應用研究包括顯示器件控制、微位移產生系統等。要使這些創造性設想獲得實際應用，還需要進行大量研究。電子束輻照P(VDF-TrFE)共聚合物使該材料具備了產生大伸縮應變的能力，從而為研制新型聚合物驅動器創造了有利條件。在潛在國防應用前景的推動下，利用輻照改性共聚物制備全高分子材料水聲發射裝置的研究，在美國軍方的大力支持下正在系統地進行之中。除此之外，利用輻照改性共聚物的優異特性，研究開發其在醫學超聲、減振降噪等領域應用，還需要進行大量的探索。

壓電式壓力傳感器是利用壓電材料所具有的壓電效應所制成的。壓電式壓力傳感器的基本結構如右圖所示。由于壓電材料的電荷量是一定的，所以在連接時要特別注意，避免漏電。壓電式壓力傳感器的優點是具有自生信號，輸出信號大，較高的頻率響應，體積小，結構堅固。其缺點是只能用于動能測量。需要特殊電纜，在受到突然振動或過大壓力時，自我恢復較慢。

我國壓電材料行業集中度低，排名前三的企業合計市場份額占比僅為10%左右，大部分企業規模偏小，資金實力較弱，在研發、技術、人才等方面較為薄弱，以低端產品生產為主。天通股份是國內壓電材料領域的領軍企業，2021年天通股份壓電晶體業務營收1.18億元，同比增長196.93%，業務毛利率為20.54%。

壓電材料行業發展前景

壓電材料可以因機械變形產生電場，也可以因電場作用產生機械變形，這種固有的機-電耦合效應使得壓電材料在工程中得到了廣泛的應用。例如，壓電材料已被用來制作智能結構，此類結構除具有自承載能力外,還具有自診斷性、自適應性和自修復性等功能，在未來的飛行器設計中占有重要的地位。

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