Monikerroksisen PZT-sirun pietsosähköisen keraamisen mikrotoimilaitteen siirtymäsuorituskykyä koskeva tutkimus (2

 Valumenetelmällä ja kuivapuristusmenetelmällä saadun PZN-PZ-PT keraamisen kalvon tiheyden, dielektrisyysvakion ja pietsosähköisen kertoimen vertailu:

  Kuvassa on PZT-monikerrossirun pietsosähköisen keraamisen mikrotoimilaitteen staattinen jännite-siirtymän ominaiskäyrä pitkittäissiirtymätilassa. Tästä käyrästä voidaan nähdä, että kun käytetty jännite vähitellen kasvaa ja palaa sitten nollaan, laite käynnistyy Kuten yhtälössä (1), siirtymä muodostetaan lineaarisella ja kvasilineaarisella tavalla ja sitten siirretään epälineaarisella tavalla; kun jännite laskee maksimijännitteestä, sen siirtymä ei enää palaa alkuperäisen siirtymänä, vaan tapahtuu siirtymäviive. Tämä jännitteen ja siirtymän välinen hystereesisuhde on tärkeä ominaisuus PZT-pohjaisessa joustavassa varastossa olevat pietsokeraamiset renkaan siirtolaitteet. Syy tähän jännite-siirtymähystereesiin liittyy PZT-pohjaisen pietsosähköisen keramiikan kiderakenteeseen ja sähköalueen rakenteeseen. Koska pietsosähköisen keramiikan PZT-pietsokiderakenne on perovskiittirakenne ja sen a- ja c-akselien hilavakiot ovat erilaiset; kun pietsosähköinen keramiikka on polarisoitunut, kiteissä on edelleen monia 90 sähköaluetta. Alhaisessa sähkökentässä (vastaava jännite on myös suhteellisen alhainen) pietsosähköisen keramiikan siirtyminen johtuu pääasiassa sähköisen dipolin polarisaatiosta sähkökentän vaikutuksesta, joten sen polarisaatiointensiteetin muutos yhdistetään sähköstriktiiviseen vaikutukseen tai käänteinen sähkövaikutus aiheuttaa sen lineaarisen mekaanisen siirtymän; kuitenkin kun pietsosähköinen keramiikka altistetaan suurelle sähkökentällä, kiteen 90 aluetta alkavat kääntyä, jolloin erilaisten hilavakioiden a- ja c-akselit aiheuttavat Pietsosähköisen keramiikan siirtymä kasvaa epälineaarisesti sähkökentän suuntaisesti tai kohtisuoraan. Kun jännite laskee maksimiarvosta, 90 alueella on kaksi palautuvaa ja irreversiibeliä aluetta. Näitä peruuttamattomia verkkotunnuksia on olemassa. Tämä saa pietsosähköisestä keramiikasta näyttämään jännitesiirtymän hystereesisilmukan ilmiöltä.

 Jokaisen pietsosähköisen keraamisen kerroksen pietsosähköistä suorituskykyä sirun pietsosähköisessä keraamisessa mikrotoimilaitteessa arvioidaan intuitiivisesti. Kun monikerroksiseen pietsosähköiseen keraamiseen mikrotoimilaitteeseen syötetään jännite 2,3 V (sähkökenttä on 50 V / mm, se on lähellä sähköalueen kääntö- ja kynnyssähkökenttää), laite tuottaa noin 0,04 μm:n kokonaissiirtymän. Kun sähköalueen ohjauksella katsotaan olevan pieni vaikutus pietsosähköiseen jännitykseen, kunkin pietsosähköisen keraamisen kerroksen keskimääräinen pietsosähköinen venymä voidaan laskea yhtälöstä (2) Kerroin d33≈500pC / N. Tämä arvo on periaatteessa lähellä listattua d33:n arvoa. Siksi voidaan katsoa, ​​että pietsosähköinen suorituskyky monoliitti Tässä työssä kehitetty pietsokeraaminen sylinterianturi on saavuttanut monoliittisen valettu keraaminen kalvo ja bulkki.

Kuvan tulokset osoittavat myös, että monikerroksinen pietsosähköinen keraaminen mikrotoimilaite voi tuottaa suuren, noin 1 μm:n siirtymän suhteellisen alhaisella 38 V:n käyttöjännitteellä, mutta laitteen koko on hyvin pieni. Siksi tätä laitetta voidaan soveltaa joillakin korkean teknologian aloilla, joilla on alhainen käyttöjännite, suuri siirtymä ja pieni laitekoko. Kiintolevyasemat vaativat pienen laitekoon ja käyttöjännitteen <12V. Kun käytetään PZT pietsosähköistä keraamia, kun käänteistä jännitettä tai sähkökenttää muutetaan vastakkaiseen suuntaan, on helppo aiheuttaa pietsosähköisen keramiikan depolarisaatio, mikä vähentää pietsosähköistä suorituskykyä ja vähentää siirtymää. Siksi monikerroksisia sirulaitteita käytetään yleensä yksisuuntaisella positiivisella jännitteellä. Monikerroksinen sirulaite, jolla on yksisuuntainen sinimuotoinen AC-jänniteaaltomuoto ja sen dynaaminen siirtymävastespektri. Kuvassa esitetystä siirtymävastekäyrästä voidaan nähdä, että monikerroksisessa sirulaitteessa on yksisuuntainen sinimuotoinen vaihtovirta huippu-huipulla 12V ja taajuudella 1 kHz. Toiminnan aikana suurin siirtymä on 0,28 μm, mikä on periaatteessa sama kuin staattinen siirtymä 12 V DC:ssä, mikä osoittaa, että 250 V / mm sähkökentässä sen siirtymän ja taajuuden välillä ei ole selvää riippuvuutta. lisäksi laitteen dynaaminen siirtymä on pohjimmiltaan siniaallon muodossa, ja myös vaihe-ero jännitteestä on hyvin pieni (vaikea laskea vaihe-eroa kuvassa), mikä viittaa siihen, että monikerroksisen laitteen siirtymä voi seurata sähkökentän muutosta aiheuttaen siirtymän. Fakta Edellä mainitun dynaamisen siirtymän suorituskyky on periaatteessa muuttumaton taajuusalueella 100 Hz - 5 kHz, mikä näkyy esitetyn monikerroksisen sirulaitteen siirtymä- ja vaihe-erospektrikäyristä. Jännitteen aaltomuoto V = 6 (1 + sinωt), eri jännitetaajuuksien vaikutuksesta syntyvä dynaaminen siirtymä ei juurikaan muutu taajuuden mukaan ja sen vaihe-ero muuttuu vain noin 5 kHz.

2. Monikerroksisten sirulaitteiden jännite-siirtymäominaisuudet liittyvät PZT-pietsosähköisten keraamisten materiaalien kiderakenteeseen ja sähköalueen käyttäytymiseen sähkökenttien vaikutuksesta. Sähköalueet voivat silti kääntyä hyvin matalataajuisten sähkökenttien vaikutuksesta, mikä tekee taajuusalueesta 100 Hz - 5 kHz. Sisäisen dynaamisen siirtymän koko Pietsosähköinen keraaminen sylinteri pysyy periaatteessa ennallaan.

3. Käänteisen pietsosähköisen vaikutuksen käyttäminen sähködipolien ja -alueiden aiheuttaman siirtymän muutoslain tutkimiseen sähkökentän vaikutuksesta on hyvä tapa tutkia pietsosähköisen kappaleen mikroskooppisia ominaisuuksia ja pietsosähköistä kerrointa.