Taighde ar Fheidhmíocht Díláithrithe Micrighníomhaitheora Ceirmeacht Pianaileictreach Sliseanna PZT (1)

Is actuators de chineál nua soladach-stáit iad micrea-actuators ceirmeacha piezoelectric a dhéantar ag baint úsáide as an éifeacht piezoelectric inbhéartach. Úsáidtear go forleathan iad i réimsí ardteicneolaíochta cosúil le optaic bheachtais, micrimeicníocht, micrileictreonaic agus feidhmchláir ríomhaireachta. Éilíonn na hiarratais seo go mbeidh feistí ceirmeacha piezoelectric beag , Voltas tiomána íseal, díláithriú mór, agus comhtháthú. San am atá caite, tá tionchar ag tiús an scairt ceirmeach aonair ar mhicreaghníomhaithe ceirmeacha piezoelectric ilchiseal a dhéantar trí chumhdach ceirmeach piezoelectric a nascáil le greamachán. Teorainn (Tá sé deacair go leor monolithic ceirmeach a dhéanamh le tiús 200 μm nó níos lú), ní féidir an gléas a mhionchoigeartú agus a chomhtháthú, agus an greamachán sa fheiste toisc go ngineann an gléas creep mór faoi ghníomhaíocht réimse leictreach, nach bhfuil a chabhródh le cruinneas rialaithe díláithrithe, go háirithe an gléas faoi ghníomhaíocht réimse leictreach ard ar feadh i bhfad, tá an ghreamaitheach éasca le titim as an ngreamaithe. bileog comhpháirteanna táthú fáinne piezo , rud a fhágann go bhfuil feidhmíocht an fheiste in olcas, agus fiú feiniméan briste an fheiste, ag giorrú shaol seirbhíse na feiste, ag tabhairt buntáistí móra don iarratas. Le blianta beaga anuas, is cineál nua feiste feidhme ceirmeach é an criadóireacht piezoelectric sliseanna multilayer trí úsáid a bhaint as an bpróiseas réitigh glas piezoceramics agus an teicneolaíocht comh-adhainte den scannán glas piezoceramics teilgthe agus an micrea-actuator ceirmeach leictreoid inmheánach (MMPA) le feidhmíocht den scoth atá oiriúnach do tháirgeadh ar scála mór. Tá an gléas sliseanna multilayer seo éasca le tiús scannáin níos lú ná 100 μm a tháirgeadh mar gheall ar an bpróiseas réitigh. Tar éis lámhaigh, tá na sraitheanna ceirmeacha piezo nasctha go díreach leis an leictreoid inmheánach gan gá le nascáil ghreamaitheacha. Dá bhrí sin, is féidir an gléas a miniaturized agus a miniaturized, tá feidhmíocht creep an fheiste feabhsaithe go mór freisin, agus tá an feiniméan layering idir na sraitheanna ceirmeacha feabhsaithe go mór. Déantar é a shárú go héifeachtach, rud a fheabhsaíonn saol seirbhíse na feiste go mór. Tuairiscíonn an t-alt seo cineál sliseanna ilchiseal agus brú córais PZT ard-luaidhe a dhéantar trí úsáid a bhaint as teicneolaíocht réitigh ceirmeacha agus scannán glas ceirmeach / teicneolaíocht comhdhó leictreoid inmheánach. Is é seo an chéad uair do mhicrea-actuator ceirmeach leictreach sa tír seo. Déanann an páipéar seo staidéar go príomha ar shaintréithe díláithrithe statacha agus dinimiciúla an fheiste seo.

 Micrea-actuator ceirmeach piezoelectric sliseanna ilchiseal a ullmhú

Ní mór don sreabhadh próiseas chun micrea-actuator ceirmeach piezoelectric sliseanna multilayer a ullmhú dul trí 10 bpríomhchéim phróiseas: an chéad, tá púdar ceirmeach piezoelectric ternary bog PZT le comhéifeacht brú piezoelectric mór ullmhaithe ag próiseas ullmhúcháin ceirmeacha piezoelectric leictreonach, Is é an fhoirmle mhóilíneach xPb(Zn1/3Nb2/3)O3+yPbZrO3+zPbTiO3,(PZN-PZ-PT), (x+y+z=1), 

Ansin, déantar an púdar ceirmeach pzt agus an breiseán orgánach a mheascadh go haonfhoirmeach i gcóimheas soladach / leachtach áirithe chun sciodar ceirmeach aonfhoirmeach a fháil, agus déantar an sciodair ceirmeach a chaitheamh i hopper ar mheaisín réitigh le haghaidh réitigh. Agus luas iompróra orgánach chun scannán aonfhoirmeach, dlúth, teilgthe glas a ullmhú le tiús áirithe. Déantar an scannán glas teilgthe a phuncháil i scannán glas ceirmeach pzt de chruth áirithe, agus patrún le greamaigh leictreoid patrún, agus ansin cuirtear an scannán glas ceirmeach atá clóite le leictreoidí i múnla speisialta agus lannaithe in ord áirithe chun ceirmeach piezo multilayer a fháil. Tar éis an comhlacht multilayer feistí ceirmeacha multilayer il a ghearradh de réir an méid de limistéar gníomhach an gléas, iad a chur isteach i breogán Al2O3 íon agus go mall iad a phacáil together.The dhá foircinn an gléas sliseanna multilayer clúdaithe le leictreoidí seachtracha Ag, 650 C airgid dóite, polarú teocht ard (am polarú 30min, réimse leictreach 4000V / mm, 4000V / mm). Scannán tiubh comhiompar agus leictreoid inmheánach teocht ard, agus ar deireadh fuair micrea-actuator ceirmeach piezoelectric sliseanna multilayer le limistéar gníomhach de 5mm × 6mm agus tiús iomlán 2mm (tá an ciseal ceirmeach piezoelectric 35 sraithe, tá gach ciseal 47 μm tiubh agus tá na sraitheanna dromchla uachtair agus íochtair thart ar 120 μm tiubh).

Sampla Tástála

Comhéifeacht brú piezoelectric d33 an tomhaiseadh comhpháirteanna ceirmeacha piezo ag Institiúid Acoustics Acadamh Eolaíochtaí na Síne. Breathnaíodh ar mhicreastruchtúr micrea-limistéar an fheiste ilchiseal le micreascóp leictreon scanadh (SEM) a tháirgtear ag Monarcha Ionstraim Acadamh Eolaíochtaí na Síne. Déanann an tástálaí ionduchtaithe taispeána digiteach DGS-6 a tháirgtear tástáil ar luach díláithrithe an mhicrea-actuator ceirmeach leictreach. Is é 0.01 μm an taifeach. Déantar an díláithriú dinimiciúil a thástáil ag beam léasair amháin de réir phrionsabal an éifeacht doppel. Is é 0.005μm an taifeach.

 3 Torthaí agus plé

Maidir le criadóireacht piezoelectric faoi réir strus leanúnach seachtrach, nuair a chuirtear voltas i bhfeidhm ar dhá dhromchla ingearach lena treo tiús (treo polaraithe), agus ag smaoineamh ar dhífhoirmiú piezoelectric go dífhoirmiúchán líneach amháin, is féidir a fhios ón gcothromóid piezoelectric go bhfuil an dí-áitiú brú.    

                        
I gcás inarb é d33 an comhéifeacht brú piezoelectric, is é V an voltas feidhmithe, agus is é t tiús an monolith ceirmeach. Léiríonn Cothromóid, nuair is é an voltas feidhmithe an méid athraithe, díláithriú an bhileog piezoelectric sa treo tiús agus an piezoelectric .Tá an chomhéifeacht brú d33 comhréireach leis an voltas i bhfeidhm V agus níl aon bhaint aige leis an tiús; áfach, nuair a athraítear an réimse leictreach i bhfeidhm, ní hamháin go bhfuil an díláithriú a ghineann an gléas comhréireach leis an gcomhéifeacht piezoelectric d33 agus an réimse leictreach, ach freisin comhréireach leis an tiús Tá sé comhréireach. Is féidir a fheiceáil go bhfuil baint ag díláithriú na ceirmeach piezoelectric sa treo tiús le modh oibre an tiomáint díláithrithe a roghnaíonn an ceirmeach piezoelectric. Agus an t-iarratas á dhéanamh, ba cheart an dá fhachtóir a bhaineann leis an voltas feidhmeach agus an réimse leictreach a mheas ag an am céanna. Iarratas faoi réimse leictreach gar-bhriseadh; ag an am céanna, ba cheart go mbeadh an voltas oibre chomh híseal agus is féidir, agus ba cheart go mbeadh an díláithriú chomh mór agus is féidir.

Maidir le gléas le voltas áirithe feidhme, is féidir le laghdú tiús na leatháin ceirmeacha an cuspóir a bhaint amach chun méid an fheiste a laghdú sa treo tiús. Dá bhrí sin, nuair a bhíonn an leathán piezoceramic ilchiseal ceangailte go meicniúil i sraith, ceangailte go leictreach go comhthreomhar, agus an ciseal piezo ceirmeach le chéile, glacann treo polaraithe trasducer ceirmeach piezo in aice leis an struchtúr droim ar ais. Ar an mbealach seo, nuair a chuirtear an micrea-tiománaí ceirmeach piezoelectric multilayer i bhfeidhm le voltas oibriúcháin, tá a díláithriú fadaimseartha forshuite, is féidir a chur in iúl .                      

        
I gcás gurb é N líon na lannáin piezo ceirmeacha, is é sin, déantar díláithriú an mhicrea-ghníomhaitheora ceirmeach piezoelectric ilchiseal a mhéadú faoi N uair i gcomparáid le píosa amháin de cheirmeach piezoelectric. Mar sin féin, nuair a bhíonn an dí-áitiú bunaithe ar an réimse leictreach a chuireann gach bileog ceirmeach piezoelectric i bhfeidhm Nuair a bhíonn an méid athraithe, is féidir cothromóid (2) a chur in iúl.          

             
Áit a bhfuil t tiús gach sraithe de chriadóireacht piezoelectric, agus is é l tiús iomlán an fheiste ilchiseal. Ag déanamh comparáide idir na habairtí cothromóidí (3) agus (1), is féidir a fháil amach cén uair a bhíonn tiús iomlán an fheiste ilchiseal. Nuair a bhíonn an tiús t mar an gcéanna, tá an dá chothromóid mar an gcéanna, rud a léiríonn, nuair a bhíonn an déine réimse leictrigh i bhfeidhm ag gach píosa ceirmeach piezoelectric den fheiste ilchiseal mar an gcéanna le píosa amháin ceirmeach piezoelectric, tá méid díláithrithe an dá cheann comhionann. Tá an voltas feidhmithe N uair níos ísle ná an voltas atá ag ceirmeach piezoelectric monolithic.

Is féidir a fheiceáil ón anailís thuas, cé gur féidir le criadóireacht piezoelectric monolithic díláithriú ar scála miocrón a bhaint amach freisin trí thiús an scannáin a mhéadú, ní mór go mbeadh na mílte volta sa voltas oibre feidhmeach, rud nach gcuidíonn le cur i bhfeidhm. Mar an méid athraithe, tá dhá fheidhm dhifriúla aige an méid díláithrithe a aimpliú agus an voltas oibriúcháin a laghdú. Go háirithe nuair a choinníonn an gléas ilchiseal an réimse leictrigh tairiseach, is féidir an tiús iomlán a mhéadú trí líon na sraitheanna den fheiste a mhéadú. Dá bhrí sin, cuirtear i bhfeidhm go praiticiúil é. Nuair a bhíonn feistí ilchiseal ní hamháin go bhfuil dí-áitiú méadaithe acu, ach is féidir leo an voltas oibriúcháin a laghdú go héifeachtach freisin.

is é 2 mm an tiús iomlán (tá an ciseal ceirmeach piezoelectric 35 sraithe, tá gach ciseal 47 μm tiubh, agus tá na sraitheanna dromchla uachtaracha agus íochtaracha thart ar 120 μm tiubh gach ceann), atá ullmhaithe ag an bpróiseas réitigh scannán bán ceirmeach agus an teicneolaíocht comhdhó inmheánach ceirmeach / miotail leictreoid. Is iad na stripes comhthreomhara bán sa phictiúr leictreoidí inmheánacha miotail le sraitheanna ceirmeacha pzt idir na leictreoidí inmheánacha. Is féidir go leor pores le méid miocrón éagsúla a thabhairt faoi deara sa fáinne ceirmeach piezo . Tá sé seo mar gheall ar an réitigh ceirmeach. Áitíonn ábhair orgánacha ar nós ceanglóirí agus plasticizers cion áirithe sa scannán glas. Nuair a bhíonn na criadóireacht / leictreoidí inmheánacha comh-bhreoslaithe, bíonn volatilization na n-ábhar orgánach sna scannáin seo ina chúis le go leor pores móra sa chiseal ceirmeach pzt. Mar sin féin, tá na pores seo sa tsraith PZT. Ní dhéantar difear tromchúiseach ar shaintréithe leictrimheicniúla an chiseal ceirmeach pzt sa bhileog ceirmeach teilgthe. Tá an toradh seo comhsheasmhach go bunúsach le comhéifeacht leictrimheicniúla na criadóireachta piezoelectric docht PBNN ullmhaithe ag an modh réitigh. Dá bhrí sin, is féidir a mheas go bhfuil paraiméadair leictrimheicniúla na criadóireachta piezo a fhaightear tríd an modh réitigh go bunúsach mar an gcéanna le paraiméadair an bhileog ceirmeacha ag an modh brúite tirim.