這次將特別介紹壓電（Piezo）器件。將介紹其應(yīng)用裝置之一“疊層壓電振動(dòng)片”。究竟什么是壓電器件？疊層壓電振動(dòng)片發(fā)揮作用的構(gòu)造是什么？介紹非常有趣的神奇物質(zhì)世界。

01 具有兩種性質(zhì)的神奇物質(zhì)“壓電器件”

也許很多人第一次聽(tīng)說(shuō)“疊層壓電振動(dòng)片”這個(gè)詞語(yǔ)。名稱(chēng)似乎晦澀難懂，簡(jiǎn)而言之就是“引起振動(dòng)的元器件”。引起振動(dòng)的元器件，常見(jiàn)的有智能手機(jī)上使用的振動(dòng)器，這是以偏心電機(jī)（裝有偏離重心的擺錘的電機(jī)）為振動(dòng)源的振動(dòng)裝置。即便是同樣的振動(dòng)裝置，這次提到的 “疊層壓電振動(dòng)片”，一大特點(diǎn)在于以“壓電器件”為振動(dòng)源。

振動(dòng)源的“壓電器件”是一種具備非常有趣的特性的物質(zhì)。英文名稱(chēng)是“Piezoelectric devices”，根據(jù)施加的力產(chǎn)生“壓電效應(yīng)”和“逆壓電效應(yīng)”兩種完全相反的作用。

①＜施加的力＝壓力＞

給壓電器件施加“壓力”，會(huì)產(chǎn)生電荷。將這種現(xiàn)象稱(chēng)為“壓電效應(yīng)”。

②＜施加的力＝電壓＞

給壓電器件施加“電壓”，會(huì)引起振動(dòng)。將這種現(xiàn)象稱(chēng)為“逆壓電效應(yīng)”。疊層壓電振動(dòng)片是一種利用了施加電壓引起振動(dòng)的“逆壓電效應(yīng)”的振動(dòng)裝置。

02 通過(guò)振動(dòng)來(lái)產(chǎn)生觸感？疊層壓電振動(dòng)片的技術(shù)

就產(chǎn)生振動(dòng)這一點(diǎn)而言，前面也提到的振動(dòng)器等中使用的偏心電機(jī)與疊層壓電振動(dòng)片并無(wú)區(qū)別，同樣都是振動(dòng)裝置。但是，疊層壓電振動(dòng)片隱含著讓“單純的振動(dòng)” 發(fā)展為“高級(jí)技術(shù)”的魅力。以疊層壓電振動(dòng)片的特點(diǎn)之一，即被稱(chēng)為“力反饋”的（通過(guò)反作用力（回彈力）產(chǎn)生的）局部觸覺(jué)功能為例。只要輕觸智能手機(jī)界面上顯示的按鈕，就會(huì)通過(guò)疊層壓電振動(dòng)片的反作用力得到按過(guò)的感覺(jué)。偏心電機(jī)雖然只能讓整個(gè)智能手機(jī)振動(dòng)，但是疊層壓電振動(dòng)片采用壓電器件精密排列的構(gòu)造，因此只將觸覺(jué)傳遞到所按的部分。

利用反作用力的力反饋功能，預(yù)計(jì)將在各種領(lǐng)域得到應(yīng)用。不僅配置到智能手機(jī)等的顯示器上，找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城而且被認(rèn)為可實(shí)現(xiàn)將具備力反饋功能的手套與VR組合起來(lái)，真實(shí)感受到抓住影像中物體的感覺(jué)的構(gòu)造。并且，以實(shí)現(xiàn)力反饋的前沿技術(shù)（覺(jué)得顯示器表面粗糙或光滑之類(lèi)的手感，即“觸感”）為目標(biāo)的研發(fā)也在進(jìn)行。

＜因摩擦力而產(chǎn)生觸感的構(gòu)造＞

?以超聲波頻率驅(qū)動(dòng)疊層壓電振動(dòng)片?利用超聲波頻率驅(qū)動(dòng)時(shí)，會(huì)在面板表面激起駐波?通過(guò)改變駐波的振幅、頻率、相位來(lái)再現(xiàn)感觸

利用面板中嵌入的疊層壓電振動(dòng)片引起超精細(xì)振動(dòng)，正是能夠再現(xiàn)“粗糙”或“光滑”之類(lèi)觸感的構(gòu)造。而且，還能通過(guò)改變振動(dòng)的間隔或幅度，再現(xiàn)廣泛的觸感。

也有用手指描仿路線(xiàn)時(shí)，能夠無(wú)縫感覺(jué)到階梯的高低不平感或積水的光滑感的演示裝置。將來(lái)也許能夠通過(guò)融合疊層壓電振動(dòng)片與通信技術(shù)，用智能手機(jī)和平板電腦模擬體驗(yàn)觸感。

03 也許可以具備這種功能！疊層壓電振動(dòng)片的未來(lái)

若將上面提到的疊層壓電振動(dòng)片的兩種觸覺(jué)功能“力反饋”與“觸感”組合起來(lái)，未來(lái)的發(fā)展前景如何呢？

＜提高汽車(chē)駕駛的安全性＞

目前，汽車(chē)儀表盤(pán)的操作開(kāi)關(guān)，大都處于物理開(kāi)關(guān)被觸控面板取代的趨勢(shì)。向觸控面板轉(zhuǎn)變，不僅汽車(chē)導(dǎo)航儀，音響和空調(diào)等操作功能也能集中到一處，優(yōu)點(diǎn)是可以提高可操作性和可設(shè)計(jì)性。不過(guò)也有缺點(diǎn)，就是與物理開(kāi)關(guān)不同，無(wú)法瞬間辨別按鈕的位置和操作感。疊層壓電振動(dòng)片既可消除這一缺點(diǎn)，還能進(jìn)一步發(fā)揮觸控面板的優(yōu)點(diǎn)。在觸控面板中裝入疊層壓電振動(dòng)片，可以通過(guò)力反饋?zhàn)R別按鈕的操作感。而且只要給每個(gè)按鈕賦予不同的觸感，即便手摸也能識(shí)別按鈕操作感。

＜家電產(chǎn)品的扁平化設(shè)計(jì)趨勢(shì)＞

而且家電產(chǎn)品也跟汽車(chē)一樣，只要使用裝有疊層壓電振動(dòng)片的觸控面板，就能提高可設(shè)計(jì)性和功能性。微波爐和洗衣機(jī)主要采用物理開(kāi)關(guān)。一方面需要增加按鈕滿(mǎn)足各種菜單功能，另一方面需要追求主體的小型化和可設(shè)計(jì)性，無(wú)法增加按鈕數(shù)量，面臨兩難困境。于是，像汽車(chē)的儀表盤(pán)一樣，配置再現(xiàn)觸覺(jué)功能的觸控面板，即可實(shí)現(xiàn)扁平化設(shè)計(jì)也能提高功能，有望誕生更加時(shí)尚的產(chǎn)品。并且，提高觸感技術(shù)之后，也許還會(huì)誕生能夠再現(xiàn)點(diǎn)字的“觸覺(jué)點(diǎn)字觸控面板”之類(lèi)的通用設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

不斷發(fā)展進(jìn)步的疊層壓電振動(dòng)片，屬于應(yīng)用范圍還有很大擴(kuò)展空間的一項(xiàng)技術(shù)。不僅可以實(shí)現(xiàn)物理開(kāi)關(guān)的可操作性、在游戲中應(yīng)用，還隱含著根據(jù)與各種產(chǎn)品的組合方式產(chǎn)生新解決方案的可能性。

審核編輯 黃宇