Даследаванне характарыстык перамяшчэння шматслойнага мікрапрывада з п'езаэлектрычнай керамікі PZT (2

 Параўнанне шчыльнасці, дыэлектрычнай пранікальнасці і п'езаэлектрычнага каэфіцыента керамічнай плёнкі PZN-PZ-PT, атрыманай метадам ліцця і метадам сухога прэсавання:

  На малюнку паказана статычная характарыстыка напружання-зрушэння п'езаэлектрычнага керамічнага мікрапрывада шматслойнага чыпа PZT у рэжыме падоўжнага зрушэння. З гэтай крывой відаць, што калі прыкладзенае напружанне паступова ўзрастае, а потым вяртаецца да нуля, прылада запускаецца. Як паказана ў раўнанні (1), зрушэнне ствараецца лінейным і квазілінейным чынам, а затым зрушваецца нелінейным чынам; калі напружанне памяншаецца з максімальнага напружання, яго зрушэнне больш не вяртаецца як зыходнае зрушэнне, але адбываецца адставанне зрушэння. Гэтая гістэрэзісная залежнасць паміж напругай і зрушэннем з'яўляецца важнай асаблівасцю гнуткага на аснове PZT стандартныя п'езакерамічныя колцавыя прылады перамяшчэння. Прычына гэтага гістарэзісу напружання-зрушэння звязана з крышталічнай структурай і электрычнай даменнай структурай п'езаэлектрычнай керамікі на аснове PZT. Паколькі п'езакрышталічная структура PZT п'езаэлектрычнай керамікі ўяўляе сабой перовскитную структуру, і яе канстанты рашоткі па восях a і c адрозніваюцца; калі п'езаэлектрычная кераміка палярызавана, у крышталях усё яшчэ існуе шмат 90 электрычных даменаў. У слабым электрычным полі (Адпаведнае напружанне таксама адносна нізкае) зрушэнне п'езаэлектрычнай керамікі ў асноўным звязана з палярызацыяй электрычнага дыполя пад дзеяннем электрычнага поля, так што змяненне яго інтэнсіўнасці палярызацыі спалучаецца з электрастрыкцыйным эфектам, альбо зваротны электрычны эфект выклікае яго лінейнае механічнае зрушэнне; аднак, калі п'езаэлектрычная кераміка падвяргаецца ўздзеянню моцнага электрычнага поля, 90 даменаў у крышталі пачынаюць паварочвацца, так што восі a і c няроўных пастаянных рашоткі выклікаюць зрушэнне п'езаэлектрычнай керамікі нелінейна павялічваецца ў кірунку, паралельным або перпендыкулярным электрычнаму полю. Калі напружанне зніжаецца ад максімальнага значэння, у 90 даменах ёсць два зварачальныя і незваротны дамены. Гэтыя незваротныя дамены існуюць. Гэта прымушае п'езаэлектрычную кераміку з'яўляцца з'явай пятлі гістарэзісу напружання-зрушэння.

 П'езаэлектрычныя характарыстыкі кожнага пласта п'езаэлектрычнай керамікі ў п'езаэлектрычным керамічным мікрапрыводзе чыпа ацэньваюцца інтуітыўна. Калі на п'езаэлектрычны керамічны мікрапрывад шматслойнага чыпа прыкладваецца напружанне 2,3 В (электрычнае поле складае 50 В / мм, яно блізка да павароту электрычнага дамена і парогавага электрычнага поля), прылада стварае агульнае зрушэнне каля 0,04 мкм. Калі лічыцца, што электрычнае рулявое кіраванне мае невялікі ўплыў на п'езаэлектрычную дэфармацыю, сярэднюю п'езаэлектрычную дэфармацыю кожнага пласта п'езаэлектрычнай керамікі можна вылічыць з ураўнення (2). Каэфіцыент d33≈500pC / N. Гэта значэнне ў асноўным блізкае да значэння d33 у спісе. Такім чынам, можна лічыць, што п'езаэлектрычныя характарыстыкі маналітныя п'езакерамічны цыліндрычны пераўтваральнік, распрацаваны ў гэтай працы, дасягнуў маналітнай адліванай керамічнай плёнкі і аб'ёму.

Вынікі на малюнку таксама паказваюць, што п'езаэлектрычны керамічны мікрапрывад з шматслойным чыпам можа вырабляць вялікае зрушэнне каля 1 мкм пры адносна нізкім працоўным напрузе 38 В, але памер прылады вельмі малы. Такім чынам, гэта прылада можа прымяняцца ў некаторых галінах высокіх тэхналогій з нізкім працоўным напружаннем, вялікім аб'ёмам і невялікім памерам прылады, для жорсткіх дыскаў патрабуецца невялікі памер прылады і працоўнае напружанне <12 В. Пры выкарыстанні гнуткай п'езаэлектрычнай керамікі серыі PZT пры змене зваротнага напружання або электрычнага поля ў процілеглым кірунку лёгка выклікаць дэпалярызацыю п'езаэлектрычнай керамікі, што зніжае п'езаэлектрычныя характарыстыкі і змяншэнне зрушэння. Такім чынам, прылады з шматслойнымі чыпамі звычайна працуюць з аднанакіраваным станоўчым напругай. Шматслойная мікрасхема з аднанакіраванай сінусоіднай формай сігналу пераменнага току і яе спектрам рэакцыі на дынамічнае зрушэнне. З крывой рэакцыі зрушэння, паказанай на малюнку, відаць, што прылада з шматслаёвай мікрасхемай мае аднанакіраваны сінусоідны пераменны ток пры пікавым напрузе 12 В і частаце 1 кГц. Пад дзеяннем максімальнае зрушэнне складае 0,28 мкм, што ў асноўным такое ж, як і статычнае зрушэнне пры напрузе пастаяннага току 12 В, гэта сведчыць аб тым, што пры напружанасці электрычнага поля 250 В / мм няма відавочнай залежнасці паміж яго зрушэннем і частатой. акрамя таго, дынамічнае зрушэнне прылады ў асноўным мае форму сінусоіды, і рознасць фаз ад напружання таксама вельмі малая (цяжка вылічыць рознасць фаз на малюнку), што паказвае на тое, што зрушэнне шматслойнага прылады можа ісці за зменай электрычнага поля, каб выклікаць зрушэнне. Факт У вышэйсказаным, прадукцыйнасць вышэйпаказанага дынамічнага зрушэння ў асноўным не змяняецца ў дыяпазоне частот ад 100 Гц да 5 кГц, што відаць з паказаных крывых зрушэння і спектру рознасці фаз шматслаёвай мікрасхемы. Форма сігналу напружання V = 6 (1 + sinωt), дынамічнае зрушэнне, якое ствараецца пад уздзеяннем розных частот напружання, амаль не змяняецца з частатой, а яго рознасць фаз змяняецца толькі каля 5 кГц.

2. Характарыстыкі напружання-зрушэння шматслойных мікрасхем звязаны з крышталічнай структурай і паводзінамі электрычнага дамена п'езаэлектрычных керамічных матэрыялаў PZT пад дзеяннем электрычных палёў. Электрычныя дамены ўсё яшчэ могуць добра паварочвацца пад дзеяннем нізкачашчынных электрычных палёў, што робіць дыяпазон частот ад 100 Гц да 5 кГц. Памер унутранага дынамічнага зрушэння п'езаэлектрычны керамічны цыліндр застаецца ў асноўным нязменным.

3. Выкарыстанне зваротнага п'езаэлектрычнага эфекту для вывучэння закона змены зрушэння, выкліканага электрычнымі дыполямі і даменамі пад дзеяннем электрычнага поля, з'яўляецца добрым метадам вывучэння мікраскапічных уласцівасцей п'езаэлектрычнага цела і п'езаэлектрычнага каэфіцыента.