Ricerca sulle prestazioni di spostamento del microattuatore in ceramica piezoelettrica con chip PZT multistrato (2

 Confronto tra densità, costante dielettrica e coefficiente piezoelettrico del film ceramico PZN-PZ-PT ottenuto mediante metodo di fusione e metodo di pressatura a secco:

  La figura mostra la curva caratteristica tensione-spostamento statico del microattuatore ceramico piezoelettrico con chip multistrato PZT in modalità spostamento longitudinale. Da questa curva si vede che quando la tensione applicata aumenta gradualmente per poi tornare a zero, il dispositivo si avvia. Come mostrato nell'equazione (1), lo spostamento viene generato in modo lineare e quasi lineare, e quindi spostato in modo non lineare; quando la tensione diminuisce rispetto alla tensione massima, il suo spostamento non ritorna più come lo spostamento originale, ma si verifica un ritardo di spostamento. Questa relazione di isteresi tra tensione e spostamento è una caratteristica importante del flessibile basato su PZT dispositivi di spostamento dell'anello piezoceramico di serie . Il motivo di questa isteresi di spostamento di tensione è legato alla struttura cristallina e alla struttura del dominio elettrico delle ceramiche piezoelettriche basate su PZT. Poiché la struttura piezocristallina PZT della ceramica piezoelettrica è una struttura di perovskite e le sue costanti reticolari degli assi a e c sono diverse; quando le ceramiche piezoelettriche sono polarizzate, nei cristalli sono ancora presenti molti 90 domini elettrici. In un campo elettrico basso (anche la tensione corrispondente è relativamente bassa), lo spostamento della ceramica piezoelettrica è dovuto principalmente alla polarizzazione del dipolo elettrico sotto l'azione del campo elettrico, in modo che il cambiamento nella sua intensità di polarizzazione sia combinato con l'effetto elettrostrittivo, o l'effetto elettrico inverso provoca il suo spostamento meccanico lineare; tuttavia, quando la ceramica piezoelettrica è sottoposta a un campo elettrico elevato, i 90 domini nel cristallo iniziano a ruotare, in modo che gli assi a e c delle costanti reticolari disuguali causano lo spostamento della ceramica piezoelettrica che aumenta in modo non lineare nella direzione parallela o perpendicolare al campo elettrico. Quando la tensione diminuisce dal valore massimo, ci sono due domini reversibili e irreversibili nei 90 domini. Questi domini irreversibili esistono. Ciò fa apparire la ceramica piezoelettrica come il fenomeno del ciclo di isteresi dello spostamento di tensione.

 Le prestazioni piezoelettriche di ciascuno strato ceramico piezoelettrico nel micro-attuatore ceramico piezoelettrico del chip vengono valutate in modo intuitivo. Quando al microattuatore ceramico piezoelettrico a chip multistrato viene applicata una tensione di 2,3 V (il campo elettrico è 50 V/mm, è vicino alla rotazione del dominio elettrico e alla soglia del campo elettrico), il dispositivo genera uno spostamento totale di circa 0,04 μm. Quando si ritiene che la guida del dominio elettrico abbia un piccolo effetto sulla deformazione piezoelettrica, la deformazione piezoelettrica media di ciascuno strato ceramico piezoelettrico può essere calcolata dall'equazione (2) Il coefficiente d33≈500pC / N. Questo valore è sostanzialmente vicino al valore di d33 elencato. Pertanto, si può considerare che le prestazioni piezoelettriche del monolitico Il trasduttore cilindrico piezoceramico sviluppato in questo lavoro ha raggiunto la pellicola monolitica in ceramica colata e la massa.

I risultati della figura mostrano anche che il microattuatore ceramico piezoelettrico con chip multistrato può produrre un ampio spostamento di circa 1 μm con una tensione operativa relativamente bassa di 38 V, ma le dimensioni del dispositivo sono molto ridotte. Pertanto, questo dispositivo può essere applicato ad alcuni campi high-tech con bassa tensione operativa, grande cilindrata e dimensioni ridotte del dispositivo, le unità disco rigido richiedono dimensioni ridotte del dispositivo e tensione operativa <12 V. Quando si utilizza la ceramica piezoelettrica flessibile della serie piezoelettrica PZT, quando la tensione inversa o il campo elettrico nella direzione opposta vengono modificati, è facile causare la depolarizzazione della ceramica piezoelettrica, riducendo le prestazioni piezoelettriche e lo spostamento. Pertanto, i dispositivi a chip multistrato vengono solitamente utilizzati con una tensione positiva unidirezionale. Dispositivo chip multistrato con forma d'onda di tensione CA sinusoidale unidirezionale e relativo spettro di risposta di spostamento dinamico. Dalla curva di risposta allo spostamento mostrata in figura, si può vedere che il dispositivo a chip multistrato ha una corrente CA sinusoidale unidirezionale con un picco-picco di 12 V e una frequenza di 1 kHz. Sotto l'azione, lo spostamento massimo è 0,28μm, che è sostanzialmente lo stesso dello spostamento statico a 12 V CC, ciò indica che con un campo elettrico di 250 V/mm non esiste una dipendenza evidente tra il suo spostamento e la frequenza. inoltre, lo spostamento dinamico del dispositivo ha fondamentalmente la forma di un'onda sinusoidale e anche la differenza di fase rispetto alla tensione è molto piccola (difficile calcolare la differenza di fase nella figura), indicando che lo spostamento del dispositivo multistrato può seguire la variazione del campo elettrico per produrre spostamento. Fatto In quanto sopra, le prestazioni dello spostamento dinamico di cui sopra sono sostanzialmente invariate nella gamma di frequenza che misura da 100 Hz a 5 kHz, che può essere vista dalle curve dello spettro di spostamento e differenza di fase del dispositivo a chip multistrato mostrato. La forma d'onda della tensione V = 6 (1 + sinωt), lo spostamento dinamico generato sotto l'effetto di diverse frequenze di tensione difficilmente cambia con la frequenza e la sua differenza di fase cambia solo intorno a 5kHz.

2. Le caratteristiche di spostamento della tensione dei dispositivi a chip multistrato sono correlate alla struttura cristallina e al comportamento del dominio elettrico dei materiali ceramici piezoelettrici PZT sotto l'azione dei campi elettrici. I domini elettrici possono ancora ruotare bene sotto l'azione di campi elettrici a bassa frequenza, che rendono l'intervallo di frequenza compreso tra 100 Hz e 5 kHz. La dimensione dello spostamento dinamico interno di il cilindro ceramico piezoelettrico rimane sostanzialmente invariato.

3.Utilizzare l'effetto piezoelettrico inverso per studiare la legge di cambiamento dello spostamento causato da dipoli e domini elettrici sotto l'azione di un campo elettrico è un buon metodo per studiare le proprietà microscopiche di un corpo piezoelettrico e il coefficiente piezoelettrico.