Onderzoek naar verplaatsingsprestaties van meerlagige PZT-chip-piëzo-elektrische keramische microactuator (2

 Vergelijking van dichtheid, diëlektrische constante en piëzo-elektrische coëfficiënt van PZN-PZ-PT keramische film verkregen door gietmethode en droogpersmethode:

  De figuur toont de statische spanningsverplaatsingskarakteristieke curve van de PZT meerlaagse chip-piëzo-elektrische keramische micro-actuator in de longitudinale verplaatsingsmodus. Uit deze curve blijkt dat wanneer de aangelegde spanning geleidelijk toeneemt en vervolgens terugkeert naar nul, het apparaat start. Zoals weergegeven in vergelijking (1), wordt de verplaatsing op een lineaire en quasi-lineaire manier gegenereerd en vervolgens op een niet-lineaire manier verschoven; wanneer de spanning afneemt ten opzichte van de maximale spanning, keert de verplaatsing niet langer terug naar de oorspronkelijke verplaatsing, maar treedt er een verplaatsingsvertraging op. Deze hysteresisrelatie tussen spanning en verplaatsing is een belangrijk kenmerk van op PZT gebaseerde flexibels voorraad piëzokeramische ringverplaatsingsapparaten . De reden voor deze spanningsverplaatsingshysteresis houdt verband met de kristalstructuur en elektrische domeinstructuur van op PZT gebaseerde piëzo-elektrische keramiek. Omdat de PZT-piëzo-kristalstructuur van de piëzo-elektrische keramiek een perovskietstructuur is en de roosterconstanten van de a- en c-assen verschillend zijn; wanneer de piëzo-elektrische keramiek gepolariseerd is, zijn er nog steeds veel elektrische domeinen in de kristallen. In een laag elektrisch veld (de overeenkomstige spanning is ook relatief laag) is de verplaatsing van piëzo-elektrische keramiek voornamelijk te wijten aan de polarisatie van de elektrische dipool onder invloed van het elektrische veld, zodat de verandering in de polarisatie-intensiteit wordt gecombineerd met het elektrostrictieve effect, of het omgekeerde elektrische effect veroorzaakt zijn lineaire mechanische verplaatsing; Wanneer het piëzo-elektrische keramiek echter wordt blootgesteld aan een hoog elektrisch veld, beginnen de 90 domeinen in het kristal te draaien, zodat de a- en c-assen van de ongelijke roosterconstanten ervoor zorgen dat de verplaatsing van piëzo-elektrische keramiek niet-lineair toeneemt in de richting parallel aan of loodrecht op het elektrische veld. Wanneer de spanning daalt vanaf de maximale waarde, zijn er twee omkeerbare en onomkeerbare domeinen in de 90 domeinen. Deze onomkeerbare domeinen bestaan. Hierdoor lijkt het piëzo-elektrische keramiek een hysteresislus-fenomeen van spanningsverplaatsing.

 De piëzo-elektrische prestaties van elke piëzo-elektrische keramische laag in de piëzo-elektrische keramische micro-actuator van de chip worden intuïtief geëvalueerd. Wanneer de piëzo-elektrische keramische micro-actuator met meerdere lagen chip wordt toegepast met een spanning van 2,3 V (het elektrische veld is 50 V / mm, het ligt dicht bij het draaien van het elektrische domein en het elektrische drempelveld), genereert het apparaat een totale verplaatsing van ongeveer 0,04 μm. Wanneer wordt aangenomen dat de elektrische domeinsturing een klein effect heeft op de piëzo-elektrische spanning, kan de gemiddelde piëzo-elektrische spanning van elke piëzo-elektrische keramische laag worden berekend op basis van vergelijking (2): de coëfficiënt d33≈500pC / N. Deze waarde ligt in principe dicht bij de waarde van d33 vermeld. Daarom kan worden aangenomen dat de piëzo-elektrische prestaties van het monolithische zijn De in dit werk ontwikkelde piëzokeramische cilindertransducer heeft de monolithische gegoten keramische film en bulk bereikt.

De resultaten van de figuur laten ook zien dat de piëzo-elektrische keramische microactuator met meerdere lagen een grote verplaatsing van ongeveer 1 μm kan produceren onder de relatief lage bedrijfsspanning van 38V, maar dat de grootte van het apparaat erg klein is. Daarom kan dit apparaat worden toegepast op sommige hightech-velden met een lage bedrijfsspanning, grote verplaatsing en kleine apparaatgrootte. Harde schijven vereisen een kleine apparaatgrootte en bedrijfsspanning <12V. Wanneer gebruik wordt gemaakt van flexibele piëzo-elektrische keramiek uit de PZT-piëzo-serie, wanneer de sperspanning of het elektrische veld in de tegenovergestelde richting wordt veranderd, is het gemakkelijk om de depolarisatie van de piëzo-elektrische keramiek te veroorzaken, waardoor de piëzo-elektrische prestaties worden verminderd en de verplaatsing wordt verminderd. Daarom worden meerlaagse chipapparaten meestal gebruikt met een unidirectionele positieve spanning. Meerlaags chipapparaat met unidirectionele sinusoïdale wisselspanningsgolfvorm en zijn dynamische verplaatsingsresponsspectrum. Uit de in de figuur weergegeven verplaatsingsresponscurve blijkt dat het meerlaagse chipapparaat een unidirectionele sinusoïdale wisselstroom heeft met een piek-piek van 12 V en een frequentie van 1 kHz. Onder invloed van de actie is de maximale verplaatsing 0,28 μm, wat in principe hetzelfde is als de statische verplaatsing bij 12 V DC. Dit geeft aan dat er onder een elektrisch veld van 250 V / mm geen duidelijke afhankelijkheid bestaat tussen de verplaatsing en de frequentie. Bovendien heeft de dynamische verplaatsing van het apparaat in principe de vorm van een sinusgolf, en is het faseverschil met de spanning ook erg klein (moeilijk om het faseverschil in de figuur te berekenen), wat aangeeft dat de verplaatsing van het meerlaagse apparaat de verandering van het elektrische veld kan volgen om verplaatsing te produceren. Feit In het bovenstaande zijn de prestaties van de bovenstaande dynamische verplaatsing in wezen onveranderd in het frequentiebereik van 100 Hz tot 5 kHz, wat kan worden gezien uit de spectrumcurven van verplaatsing en faseverschil van het getoonde meerlaagse chipapparaat. De spanningsgolfvorm V = 6 (1 + sinωt), de dynamische verplaatsing die wordt gegenereerd onder het effect van verschillende spanningsfrequenties verandert nauwelijks met de frequentie, en het faseverschil verandert slechts rond 5 kHz.

2. De spanningsverplaatsingskarakteristieken van meerlaagse chipapparaten houden verband met de kristalstructuur en het elektrische domeingedrag van PZT-piëzo-elektrische keramische materialen onder invloed van elektrische velden. De elektrische domeinen kunnen nog steeds goed draaien onder invloed van laagfrequente elektrische velden, waardoor het frequentiebereik van 100 Hz tot 5 kHz ontstaat. De grootte van de interne dynamische verplaatsing van piëzo-elektrische keramische cilinders blijven in principe ongewijzigd.

3. Het gebruik van het inverse piëzo-elektrische effect om de veranderingswet van de verplaatsing veroorzaakt door elektrische dipolen en domeinen onder invloed van een elektrisch veld te bestuderen, is een goede methode om de microscopische eigenschappen van een piëzo-elektrisch lichaam en de piëzo-elektrische coëfficiënt te bestuderen.