Navorsing oor verplasingsprestasie van meerlaagse PZT-skyfie piëso-elektriese keramiekmikroaktuator (2

 Vergelyking van digtheid, diëlektriese konstante en piëzo-elektriese koëffisiënt van PZN-PZ-PT keramiekfilm verkry deur gietmetode en droë persmetode:

  Die figuur toon die statiese spanning-verplasing karakteristieke kurwe van die PZT multilaag chip piëzo-elektriese keramiek mikro-aktuator in die longitudinale verplasing modus. Uit hierdie kurwe kan gesien word dat wanneer die toegepaste spanning geleidelik toeneem en dan terugkeer na nul, die toestel begin Soos getoon in vergelyking (1), word die verplasing op 'n lineêre en kwasi-lineêre wyse gegenereer, en dan op 'n nie-lineêre wyse verskuif; wanneer die spanning van die maksimum spanning afneem, keer die verplasing daarvan nie meer terug as die oorspronklike verplasing nie, maar 'n verplasingsvertraging vind plaas. Hierdie histerese verhouding tussen spanning en verplasing is 'n belangrike kenmerk van PZT-gebaseerde buigsaam voorraad piëzokeramiese ringverplasingstoestelle . Die rede vir hierdie spanning-verplasing histerese hou verband met die kristalstruktuur en elektriese domeinstruktuur van PZT-gebaseerde piëso-elektriese keramiek. Omdat PZT piëzo kristal struktuur van die piëzo-elektriese keramiek is 'n perovskiet struktuur, en sy rooster konstantes van a en c asse is anders; wanneer die piëso-elektriese keramiek gepolariseer is, is daar nog baie 90 elektriese domeine in die kristalle. In 'n lae elektriese veld (Die ooreenstemmende spanning is ook relatief laag), is die verplasing van piëso-elektriese keramiek hoofsaaklik as gevolg van die polarisasie van die elektriese dipool onder die werking van die elektriese veld, sodat die verandering in sy polarisasie-intensiteit gekombineer word met die elektrostriktiewe effek, of omgekeerde elektriese effek veroorsaak sy lineêre meganiese verplasing; wanneer die piëso-elektriese keramiek egter aan 'n hoë elektriese veld onderwerp word, begin die 90 domeine in die kristal draai, sodat die a- en c-asse van die ongelyke roosterkonstantes die Die verplasing van piëso-elektriese keramiek neem nie-lineêr toe in die rigting parallel met of loodreg op die elektriese veld. Wanneer die spanning vanaf die maksimum waarde daal, is daar twee omkeerbare en onomkeerbare domeine in die 90 domeine. Hierdie onomkeerbare domeine bestaan. Dit laat die piëzo-elektriese keramiek verskyn histerese lus verskynsel van spanning-verplasing.

 Die piëzo-elektriese werkverrigting van elke piëzo-elektriese keramieklaag in die chip piëzo-elektriese keramiek mikro-aktuator word intuïtief geëvalueer. Wanneer die meerlaagskyfie piëzo-elektriese keramiek mikro-aktuator toegepas word met 'n spanning van 2,3 V (die elektriese veld is 50 V / mm, dit is naby die elektriese domeindraai en drumpel elektriese veld), genereer die toestel 'n totale verplasing van ongeveer 0,04 μm. Wanneer die elektriese domeinstuur beskou word as 'n klein effek op piëzo-elektriese spanning, kan die gemiddelde piëzo-elektriese spanning van elke piëzo-elektriese keramieklaag uit vergelyking (2) Die koëffisiënt d33≈500pC / N. Hierdie waarde is basies naby aan die waarde van d33 gelys. Daarom kan dit oorweeg word dat die piëzo-elektriese werkverrigting van die monolitiese piëzokeramiek silinder transducer ontwikkel in hierdie werk het die monolitiese gegote keramiek film en grootmaat bereik.

Die resultate van die figuur toon ook dat die meerlaagskyfie piëso-elektriese keramiekmikroaktuator 'n groot verplasing van ongeveer 1 μm onder die relatief lae bedryfspanning van 38V kan produseer, maar die toestelgrootte is baie klein. Daarom kan hierdie toestel toegepas word op sommige hoë-tegnologie velde met lae bedryfspanning, groot verplasing en klein toestelgrootte, hardeskyfdryf benodig klein toestelgrootte en bedryfspanning <12V. Wanneer word PZT piëzo-reeks buigsame piëzo-elektriese keramiek gebruik, wanneer die omgekeerde spanning of elektriese veld in die teenoorgestelde rigting verander word, is dit maklik om die depolarisasie van die piëzo-elektriese keramiek te veroorsaak, wat die piëzo-elektriese werkverrigting verminder en die verplasing verminder. Daarom word multi-laag chip toestelle gewoonlik met 'n eenrigting positiewe spanning bedryf. Multi-laag chip toestel van eenrigting sinusvormige AC spanning golfvorm en sy dinamiese verplasing reaksie spektrum. Uit die verplasingsreaksiekromme wat in die figuur getoon word, kan gesien word dat die meerlaagskyfietoestel 'n eenrigting sinusvormige WS-stroom het by 'n piekpiek 12V en 'n frekwensie van 1kHz. Onder die aksie is die maksimum verplasing 0.28μm, wat basies dieselfde is as die statiese verplasing by 12V DC, dit dui aan dat daar onder 250V / mm elektriese veld geen duidelike afhanklikheid tussen die verplasing en frekwensie daarvan is nie. daarbenewens is die dinamiese verplasing van die toestel basies in die vorm van 'n sinusgolf, en die faseverskil vanaf die spanning is ook baie klein (moeilik om die faseverskil in die figuur te bereken), wat aandui dat die verplasing van die meerlaagtoestel die verandering van die elektriese veld kan volg om verplasing te produseer. Feit In die bogenoemde is die werkverrigting van bogenoemde dinamiese verplasing basies onveranderd in die frekwensiereeks wat van 100Hz tot 5kHz meet, wat gesien kan word uit die verplasings- en faseverskilspektrumkrommes van die meerlaagskyfietoestel wat getoon word. Die spanningsgolfvorm V = 6 (1 + sinωt), die dinamiese verplasing wat gegenereer word onder die effek van verskillende spanningsfrekwensies verander skaars met frekwensie, en die faseverskil verander net rondom 5kHz.

2. Die spanning-verplasingskenmerke van meerlaagskyfietoestelle hou verband met die kristalstruktuur en elektriese domeingedrag van PZT piëso-elektriese keramiekmateriale onder die werking van elektriese velde. Die elektriese domeine kan steeds goed draai onder die werking van lae-frekwensie elektriese velde, wat die frekwensiereeks van 100Hz tot 5kHz maak. Die grootte van die interne dinamiese verplasing van piëzo-elektriese keramieksilinder bly basies onveranderd.

3. Die gebruik van die omgekeerde piëso-elektriese effek om die veranderingswet van die verplasing wat veroorsaak word deur elektriese dipole en domeine onder die werking van 'n elektriese veld te bestudeer, is 'n goeie metode om die mikroskopiese eienskappe van 'n piëso-elektriese liggaam en piëso-elektriese koëffisiënt te bestudeer.