मल्टीलेयर पीजेडटी चिप पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक माइक्रोएक्चुएटर (2) के विस्थापन प्रदर्शन पर अनुसंधान

 कास्टिंग विधि और शुष्क दबाव विधि द्वारा प्राप्त PZN-PZ-PT सिरेमिक फिल्म के घनत्व, ढांकता हुआ स्थिरांक और पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक की तुलना:

  यह आंकड़ा अनुदैर्ध्य विस्थापन मोड में पीजेडटी मल्टीलेयर चिप पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक माइक्रो-एक्चुएटर के स्थिर वोल्टेज-विस्थापन विशेषता वक्र को दर्शाता है। इस वक्र से, यह देखा जा सकता है कि जब लागू वोल्टेज धीरे-धीरे बढ़ता है और फिर शून्य पर लौटता है, तो उपकरण चालू हो जाता है जैसा कि समीकरण (1) में दिखाया गया है, विस्थापन एक रैखिक और अर्ध-रैखिक तरीके से उत्पन्न होता है, और फिर एक गैर-रैखिक तरीके से स्थानांतरित होता है; जब वोल्टेज अधिकतम वोल्टेज से कम हो जाता है, तो इसका विस्थापन मूल विस्थापन के रूप में वापस नहीं आता है, बल्कि एक विस्थापन अंतराल होता है। वोल्टेज और विस्थापन के बीच यह हिस्टैरिसीस संबंध पीजेडटी-आधारित लचीलेपन की एक महत्वपूर्ण विशेषता है स्टॉक पीज़ोसेरेमिक रिंग विस्थापन उपकरण। इस वोल्टेज-विस्थापन हिस्टैरिसीस का कारण पीजेडटी-आधारित पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की क्रिस्टल संरचना और इलेक्ट्रिक डोमेन संरचना से संबंधित है। क्योंकि पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की पीजेडटी पीजो क्रिस्टल संरचना एक पेरोव्स्काइट संरचना है, और इसके ए और सी अक्षों के जाली स्थिरांक अलग-अलग हैं; जब पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ध्रुवीकृत होते हैं, तब भी क्रिस्टल में कई 90 इलेक्ट्रिक डोमेन होते हैं। कम विद्युत क्षेत्र में (संबंधित वोल्टेज भी अपेक्षाकृत कम है), पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का विस्थापन मुख्य रूप से विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत विद्युत द्विध्रुव के ध्रुवीकरण के कारण होता है, ताकि इसकी ध्रुवीकरण तीव्रता में परिवर्तन इलेक्ट्रोस्ट्रिक्टिव प्रभाव के साथ संयुक्त हो, या व्युत्क्रम विद्युत प्रभाव इसके रैखिक यांत्रिक विस्थापन का कारण बनता है; हालाँकि, जब पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक को उच्च विद्युत क्षेत्र के अधीन किया जाता है, तो क्रिस्टल में 90 डोमेन मुड़ना शुरू हो जाते हैं, जिससे असमान जाली स्थिरांक के ए और सी अक्षों के कारण पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का विस्थापन विद्युत क्षेत्र के समानांतर या लंबवत दिशा में गैर-रैखिक रूप से बढ़ जाता है। जब वोल्टेज अधिकतम मान से कम हो जाता है, तो 90 डोमेन में दो प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय डोमेन होते हैं। ये अपरिवर्तनीय डोमेन मौजूद हैं. इससे पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में वोल्टेज-विस्थापन की हिस्टैरिसीस लूप घटना दिखाई देती है।

 चिप पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक माइक्रो-एक्चुएटर में प्रत्येक पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक परत के पीजोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन का सहज मूल्यांकन किया जाता है। जब मल्टीलेयर चिप पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक माइक्रो-एक्चुएटर को 2.3 V (विद्युत क्षेत्र 50 V/mm है, यह विद्युत डोमेन मोड़ और थ्रेशोल्ड विद्युत क्षेत्र के करीब है) के वोल्टेज के साथ लगाया जाता है, तो डिवाइस लगभग 0.04 μm का कुल विस्थापन उत्पन्न करता है। जब इलेक्ट्रिक डोमेन स्टीयरिंग को पीजोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन पर एक छोटा सा प्रभाव माना जाता है, तो प्रत्येक पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक परत के औसत पीजोइलेक्ट्रिक स्ट्रेन की गणना समीकरण (2) गुणांक d33≈500pC / N से की जा सकती है। यह मान मूल रूप से सूचीबद्ध d33 के मूल्य के करीब है। इसलिए, यह माना जा सकता है कि पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन मोनोलिथिक है इस कार्य में विकसित पीज़ोसेरेमिक सिलेंडर ट्रांसड्यूसर मोनोलिथिक कास्ट सिरेमिक फिल्म और बल्क तक पहुंच गया है।

चित्र के परिणाम यह भी दिखाते हैं कि मल्टीलेयर चिप पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक माइक्रोएक्चुएटर 38V के अपेक्षाकृत कम ऑपरेटिंग वोल्टेज के तहत लगभग 1 माइक्रोन का बड़ा विस्थापन उत्पन्न कर सकता है, लेकिन डिवाइस का आकार बहुत छोटा है। इसलिए, इस डिवाइस को कम ऑपरेटिंग वोल्टेज, बड़े विस्थापन और छोटे डिवाइस आकार के साथ कुछ उच्च तकनीक वाले क्षेत्रों में लागू किया जा सकता है, हार्ड डिस्क ड्राइव के लिए छोटे डिवाइस आकार और ऑपरेटिंग वोल्टेज <12V की आवश्यकता होती है। पीजेडटी पीजो श्रृंखला के लचीले पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक का उपयोग करते समय, जब रिवर्स वोल्टेज या विद्युत क्षेत्र को विपरीत दिशा में बदला जाता है, तो पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के विध्रुवण का कारण बनना आसान होता है, जो पीजोइलेक्ट्रिक प्रदर्शन को कम कर रहा है और विस्थापन को कम कर रहा है। इसलिए, मल्टी-लेयर चिप डिवाइस आमतौर पर यूनिडायरेक्शनल पॉजिटिव वोल्टेज के साथ संचालित होते हैं। यूनिडायरेक्शनल साइनसॉइडल एसी वोल्टेज तरंग और इसके गतिशील विस्थापन प्रतिक्रिया स्पेक्ट्रम का मल्टी-लेयर चिप डिवाइस। चित्र में दिखाए गए विस्थापन प्रतिक्रिया वक्र से, यह देखा जा सकता है कि मल्टी-लेयर चिप डिवाइस में पीक-पीक 12V पर एक यूनिडायरेक्शनल साइनसॉइडल एसी करंट और 1kHz की आवृत्ति होती है। क्रिया के तहत, अधिकतम विस्थापन 0.28μm है, जो मूल रूप से 12V DC पर स्थिर विस्थापन के समान है, यह संकेत दे रहा है कि 250V/mm विद्युत क्षेत्र के तहत, इसके विस्थापन और आवृत्ति के बीच कोई स्पष्ट निर्भरता नहीं है। इसके अलावा, डिवाइस का गतिशील विस्थापन मूल रूप से साइन तरंग के रूप में होता है, और वोल्टेज से चरण अंतर भी बहुत छोटा होता है (आकृति में चरण अंतर की गणना करना मुश्किल है), यह दर्शाता है कि बहुपरत डिवाइस का विस्थापन विस्थापन उत्पन्न करने के लिए विद्युत क्षेत्र के परिवर्तन का पालन कर सकता है। उपरोक्त तथ्य में, उपरोक्त गतिशील विस्थापन का प्रदर्शन मूल रूप से 100Hz से 5kHz तक मापने वाली आवृत्ति रेंज में अपरिवर्तित है, जिसे दिखाए गए मल्टीलेयर चिप डिवाइस के विस्थापन और चरण अंतर स्पेक्ट्रम वक्र से देखा जा सकता है। वोल्टेज तरंगरूप V = 6 (1 + synωt), विभिन्न वोल्टेज आवृत्तियों के प्रभाव के तहत उत्पन्न गतिशील विस्थापन आवृत्ति के साथ शायद ही बदलता है, और इसका चरण अंतर केवल 5kHz के आसपास बदलता है।

2. मल्टीलेयर चिप उपकरणों की वोल्टेज-विस्थापन विशेषताएँ विद्युत क्षेत्रों की क्रिया के तहत PZT पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्रियों की क्रिस्टल संरचना और इलेक्ट्रिक डोमेन व्यवहार से संबंधित हैं। इलेक्ट्रिक डोमेन अभी भी कम-आवृत्ति वाले विद्युत क्षेत्रों की कार्रवाई के तहत अच्छी तरह से घूम सकते हैं, जो 100 हर्ट्ज से 5 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति रेंज बना रहा है। आंतरिक गतिशील विस्थापन का आकार पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सिलेंडर मूलतः अपरिवर्तित रहता है।

3. विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत विद्युत द्विध्रुवों और डोमेन के कारण होने वाले विस्थापन के परिवर्तन कानून का अध्ययन करने के लिए व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करना पीजोइलेक्ट्रिक निकाय और पीजोइलेक्ट्रिक गुणांक के सूक्ष्म गुणों का अध्ययन करने का एक अच्छा तरीका है।