Forskning i forskydningsydelse af flerlags PZT-chip piezoelektrisk keramisk mikroaktuator (2

 Sammenligning af tæthed, dielektrisk konstant og piezoelektrisk koefficient for PZN-PZ-PT keramisk film opnået ved støbemetode og tørpresningsmetode:

  Figuren viser den statiske spændingsforskydningskarakteristikkurve for PZT flerlags chip piezoelektrisk keramisk mikroaktuator i den langsgående forskydningstilstand. Fra denne kurve kan det ses, at når den påtrykte spænding gradvist stiger og derefter vender tilbage til nul, starter enheden Som vist i ligning (1), genereres forskydningen på en lineær og kvasi-lineær måde, og forskydes derefter på en ikke-lineær måde; når spændingen falder fra den maksimale spænding, vender dens forskydning ikke længere tilbage som den oprindelige forskydning, men der opstår en forskydningsforsinkelse. Dette hystereseforhold mellem spænding og forskydning er et vigtigt træk ved PZT-baseret fleksibel lager piezokeramiske ringforskydningsanordninger . Årsagen til denne spændingsforskydningshysterese er relateret til krystalstrukturen og den elektriske domænestruktur af PZT-baseret piezoelektrisk keramik. Fordi PZT piezo krystal struktur af den piezoelektriske keramik er en perovskit struktur, og dens gitter konstanter af a og c akser er forskellige; når den piezoelektriske keramik er polariseret, er der stadig mange 90 elektriske domæner i krystallerne. I et lavt elektrisk felt (Den tilsvarende spænding er også relativt lav) skyldes forskydningen af ​​piezoelektrisk keramik hovedsageligt polariseringen af ​​den elektriske dipol under påvirkning af det elektriske felt, således at ændringen i dets polarisationsintensitet kombineres med den elektrostriktive effekt, eller omvendt elektrisk effekt forårsager dens lineære mekaniske forskydning; når den piezoelektriske keramik imidlertid udsættes for et højt elektrisk felt, begynder de 90 domæner i krystallen at dreje, således at a- og c-akserne af de ulige gitterkonstanter forårsager Forskydningen af ​​piezoelektrisk keramik stiger ikke-lineært i retningen parallelt med eller vinkelret på det elektriske felt. Når spændingen falder fra den maksimale værdi, er der to reversible og irreversible domæner i de 90 domæner. Disse irreversible domæner eksisterer. Dette får den piezoelektriske keramik til at fremstå hysterese-løkkefænomen med spændingsforskydning.

 Den piezoelektriske ydeevne af hvert piezoelektrisk keramisk lag i den piezoelektriske keramiske mikroaktuator evalueres intuitivt. Når den piezoelektriske keramiske mikroaktuator med flere lag påføres en spænding på 2,3 V (det elektriske felt er 50 V / mm, det er tæt på det elektriske domænedrejning og det elektriske tærskelfelt), genererer enheden en total forskydning på omkring 0,04 μm. Når den elektriske domænestyring anses for at have en lille effekt på piezoelektrisk belastning, kan den gennemsnitlige piezoelektriske belastning af hvert piezoelektrisk keramisk lag beregnes ud fra ligning (2) Koefficienten d33≈500pC / N. Denne værdi er grundlæggende tæt på værdien af ​​d33 anført. Derfor kan det anses for, at den piezoelektriske ydeevne af den monolitiske piezokeramisk cylinder transducer udviklet i dette arbejde har nået den monolitiske støbte keramiske film og bulk.

Resultaterne af figuren viser også, at den piezoelektriske keramiske mikroaktuator med flere lag kan producere en stor forskydning på omkring 1 μm under den relativt lave driftsspænding på 38V, men enhedens størrelse er meget lille. Derfor kan denne enhed anvendes på nogle højteknologiske områder med lav driftsspænding, stor forskydning og lille enhedsstørrelse, harddiske kræver lille enhedsstørrelse og driftsspænding <12V. Når man bruger PZT piezo-seriens fleksible piezoelektriske keramik, når den omvendte spænding eller det elektriske felt i den modsatte retning ændres, er det let at forårsage depolarisering af den piezoelektriske keramik, hvilket reducerer den piezoelektriske ydeevne og reducerer forskydningen. Derfor drives flerlags chip-enheder normalt med en ensrettet positiv spænding. Flerlags chipenhed med ensrettet sinusformet AC-spændingsbølgeform og dens dynamiske forskydningsresponsspektrum. Ud fra forskydningsresponskurven vist i figuren kan det ses, at flerlagschipanordningen har en ensrettet sinusformet vekselstrøm ved en peak-peak 12V og en frekvens på 1kHz. Under handlingen er den maksimale forskydning 0,28μm, hvilket grundlæggende er det samme som den statiske forskydning ved 12V DC, hvilket indikerer, at under 250V / mm elektrisk felt er der ingen åbenlys afhængighed mellem dens forskydning og frekvens. desuden er den dynamiske forskydning af enheden grundlæggende i form af en sinusbølge, og faseforskellen fra spændingen er også meget lille (svært at beregne faseforskellen i figuren), hvilket indikerer, at forskydningen af ​​flerlagsanordningen kan følge ændringen af ​​det elektriske felt for at producere forskydning. Fakta I ovenstående er ydeevnen af ​​ovenstående dynamiske forskydning stort set uændret i frekvensområdet, der måler fra 100Hz til 5kHz, hvilket kan ses fra forskydnings- og faseforskelspektrumkurverne for den viste flerlagschip-enhed. Spændingsbølgeformen V = 6 (1 + sinωt), den dynamiske forskydning genereret under påvirkning af forskellige spændingsfrekvenser ændrer sig næsten ikke med frekvensen, og dens faseforskel ændres kun omkring 5kHz.

2. Spændingsforskydningsegenskaberne for flerlagschip-enheder er relateret til krystalstrukturen og elektriske domæneadfærd af PZT piezoelektriske keramiske materialer under påvirkning af elektriske felter. De elektriske domæner kan stadig dreje godt under påvirkning af lavfrekvente elektriske felter, hvilket gør frekvensområdet 100Hz til 5kHz. Størrelsen af ​​den interne dynamiske forskydning af piezoelektrisk keramisk cylinder forbliver stort set uændret.

3. Brug af den omvendte piezoelektriske effekt til at studere ændringsloven for forskydningen forårsaget af elektriske dipoler og domæner under påvirkning af et elektrisk felt er en god metode til at studere de mikroskopiske egenskaber af et piezoelektrisk legeme og piezoelektrisk koefficient.