بحث حول أداء الإزاحة للمشغل الدقيق الخزفي الكهرضغطي متعدد الطبقات PZT (2

 مقارنة الكثافة وثابت العزل الكهربائي ومعامل الكهرضغطية لفيلم السيراميك PZN-PZ-PT الذي تم الحصول عليه بطريقة الصب وطريقة الضغط الجاف:

  يوضح الشكل المنحنى المميز لإزاحة الجهد الثابت للمشغل الصغير الخزفي الكهرضغطي متعدد الطبقات PZT في وضع الإزاحة الطولية. من هذا المنحنى يمكن ملاحظة أنه عندما يزيد الجهد المطبق تدريجياً ثم يعود إلى الصفر، يبدأ تشغيل الجهاز. كما هو موضح في المعادلة (1)، يتم توليد الإزاحة بطريقة خطية وشبه خطية، ثم يتم إزاحتها بطريقة غير خطية؛ عندما ينخفض ​​الجهد عن الجهد الأقصى، فإن إزاحته لم تعد تعود إلى الإزاحة الأصلية، ولكن يحدث تأخر في الإزاحة. تعد علاقة التباطؤ بين الجهد والإزاحة سمة مهمة للمرونة المعتمدة على PZT الحلقة الخزفية المخزونة . أجهزة إزاحة يرتبط سبب تباطؤ إزاحة الجهد بالتركيب البلوري وبنية المجال الكهربائي للسيراميك الكهرضغطي المعتمد على PZT. لأن البنية البلورية الانضغاطية PZT للسيراميك الكهرضغطي هي بنية بيروفسكايت، وتختلف ثوابت شبكتها للمحورين a وc؛ عندما يتم استقطاب السيراميك الكهرضغطي، لا يزال هناك 90 مجالًا كهربائيًا في البلورات. في المجال الكهربائي المنخفض (الجهد المقابل منخفض نسبيًا أيضًا)، يرجع إزاحة السيراميك الكهروإجهادي بشكل أساسي إلى استقطاب ثنائي القطب الكهربائي تحت تأثير المجال الكهربائي، بحيث يتم دمج التغير في شدة الاستقطاب مع التأثير الكهربائي، أو يؤدي التأثير الكهربائي العكسي إلى إزاحته الميكانيكية الخطية؛ ومع ذلك، عندما يتعرض السيراميك الكهرضغطي إلى مجال كهربائي عالي، تبدأ المجالات الـ 90 في البلورة في الدوران، بحيث يتسبب المحوران a و c لثوابت الشبكة غير المتساوية في زيادة إزاحة السيراميك الكهرضغطي بشكل غير خطي في الاتجاه الموازي أو المتعامد مع المجال الكهربائي. عندما ينخفض ​​الجهد عن القيمة القصوى، هناك مجالان قابلان للانعكاس وغير قابلين للانعكاس في المجالات الـ 90. هذه المجالات التي لا رجعة فيها موجودة. وهذا يجعل السيراميك الكهروضغطي يظهر ظاهرة حلقة التباطؤ لإزاحة الجهد.

 يتم تقييم الأداء الكهرضغطي لكل طبقة سيراميك كهرضغطية في المحرك الصغير الخزفي الكهرضغطي للرقاقة بشكل بديهي. عندما يتم تطبيق المحرك الصغير الخزفي الكهرضغطي متعدد الطبقات بجهد 2.3 فولت (المجال الكهربائي هو 50 فولت / مم، وهو قريب من المجال الكهربائي وعتبة المجال الكهربائي)، يولد الجهاز إزاحة إجمالية تبلغ حوالي 0.04 ميكرومتر. عندما يعتبر توجيه المجال الكهربائي له تأثير صغير على السلالة الكهرضغطية، يمكن حساب متوسط ​​السلالة الكهرضغطية لكل طبقة سيراميك كهرضغطية من المعادلة (2) المعامل d33≈500pC / N. هذه القيمة قريبة بشكل أساسي من قيمة d33 المدرجة. ولذلك، يمكن اعتبار أن الأداء الكهرضغطية من متجانسة لقد وصل محول الطاقة الأسطواني الخزفي الذي تم تطويره في هذا العمل إلى فيلم السيراميك المصبوب المتجانس والجزء الأكبر.

تظهر نتائج الشكل أيضًا أن المحرك الدقيق الخزفي الكهرضغطي متعدد الطبقات يمكن أن ينتج إزاحة كبيرة تبلغ حوالي 1 ميكرومتر تحت جهد تشغيل منخفض نسبيًا يبلغ 38 فولت، لكن حجم الجهاز صغير جدًا. لذلك، يمكن تطبيق هذا الجهاز على بعض مجالات التقنية العالية ذات جهد التشغيل المنخفض، والإزاحة الكبيرة، وحجم الجهاز الصغير، وتتطلب محركات الأقراص الثابتة حجم جهاز صغير وجهد تشغيل أقل من 12 فولت. عند استخدام السيراميك الكهرضغطي المرن من سلسلة PZT، عندما يتغير الجهد العكسي أو المجال الكهربائي في الاتجاه المعاكس، فمن السهل التسبب في إزالة استقطاب السيراميك الكهرضغطي، مما يقلل من الأداء الكهرضغطي ويقلل الإزاحة. لذلك، عادةً ما يتم تشغيل الأجهزة ذات الرقائق متعددة الطبقات بجهد موجب أحادي الاتجاه. جهاز رقاقة متعدد الطبقات لموجة جهد التيار المتردد الجيبية أحادية الاتجاه وطيف استجابة الإزاحة الديناميكي. من منحنى استجابة الإزاحة الموضح في الشكل، يمكن ملاحظة أن جهاز الرقاقة متعدد الطبقات لديه تيار متردد جيبي أحادي الاتجاه عند ذروة الذروة 12 فولت وتردد 1 كيلو هرتز. في ظل الإجراء، يكون الحد الأقصى للإزاحة هو 0.28μm، وهو في الأساس نفس الإزاحة الثابتة عند 12V DC، مما يشير إلى أنه تحت المجال الكهربائي 250V / mm، لا يوجد اعتماد واضح بين الإزاحة والتردد. بالإضافة إلى ذلك، فإن الإزاحة الديناميكية للجهاز تكون بشكل أساسي على شكل موجة جيبية، كما أن فرق الطور عن الجهد صغير جدًا (يصعب حساب فرق الطور في الشكل)، مما يشير إلى أن إزاحة الجهاز متعدد الطبقات يمكن أن يتبع تغير المجال الكهربائي لإنتاج الإزاحة. الحقيقة في ما سبق، فإن أداء الإزاحة الديناميكية المذكورة أعلاه لم يتغير بشكل أساسي في نطاق التردد الذي يتراوح من 100 هرتز إلى 5 كيلو هرتز، وهو ما يمكن رؤيته من منحنيات طيف الإزاحة وفرق الطور لجهاز الرقاقة متعدد الطبقات الموضح. شكل موجة الجهد V = 6 (1 + sinωt)، فإن الإزاحة الديناميكية الناتجة تحت تأثير ترددات الجهد المختلفة بالكاد تتغير مع التردد، ويتغير فرق الطور الخاص بها فقط حوالي 5 كيلو هرتز.

2. ترتبط خصائص إزاحة الجهد لأجهزة الرقائق متعددة الطبقات بالهيكل البلوري وسلوك المجال الكهربائي للمواد الخزفية الكهرضغطية PZT تحت تأثير المجالات الكهربائية. لا يزال بإمكان المجالات الكهربائية أن تدور جيدًا تحت تأثير المجالات الكهربائية منخفضة التردد، مما يجعل نطاق التردد من 100 هرتز إلى 5 كيلو هرتز. حجم الإزاحة الديناميكية الداخلية لـ أسطوانة السيراميك الكهرضغطية دون تغيير بشكل أساسي. تبقى

3.يعد استخدام التأثير الكهرضغطي العكسي لدراسة قانون تغيير الإزاحة الناتج عن ثنائيات القطب الكهربائي والمجالات تحت تأثير المجال الكهربائي طريقة جيدة لدراسة الخواص المجهرية للجسم الكهرضغطي ومعامل الكهرضغطية.