煤田地质与勘探

作者：井彦林, 刘杰, 刘清颖, 段晓晓, 谢娜, 杨登科,

关键词：黄土, 压电性, 影响因素, 正弦波, 压电式发电, 汽车电池,

背景石英为最早被发现的压电材料，石英的压电性在工业、军事及人们的日常生活等方面均得到了广泛应用。黄土在世界上分布较广，其主要矿物成分为石英，石英质量分数为37.0%~69.9%，但目前国内外对黄土的压电性少有研究。方法为了探讨黄土的压电性，以陕西渭北黄土塬\mathrmQ_2^\mathrmeol 黄土为研究对象，对其压电系数进行测定，并对黄土在静力作用下及振动作用下的压电电压进行试验研究。结果和结论结果表明：黄土具有压电性。基于黄土的压电性，可制作压电式电池，也可进行压电式发电。黄土的压电性与其厚度无关，与干密度、含水率相关。干密度越小、含水率越高，压电性越强，压电系数越大，反之，压电系数越小；黄土在天然密度及天然含水率状态下，其压电系数为16.1 pC/N。在静力作用下，压电电压信号为正弦波，波形较规则，电压频率10 MHz，周期100 ns。静力作用下压电电压可达到0.6 V以上；多个试样串联连接，则电压值累加式增高。在振动作用下，黄土压电电压显著增高，且在不同的振动频率作用下电压不同，共振作用下压电电压最高，共振时单个黄土试样电压最大值超过2.1 V。在振动及上部荷载双重作用下，以(黄土)压电式电池替代传统汽车电池的可行性研究无疑是一个备受关注的课题，同时，基于黄土的压电性，在黄土地区进行土壤湿度、地震活动监测以及卓越周期测试等方面的研究颇具理论和实际意义，研究成果可为上述研究提供重要参考和借鉴。

来源：2025年第1期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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