Forskning på forskyvningsytelse av flerlags PZT-brikke piezoelektrisk keramikkmikroaktuator (2

 Sammenligning av tetthet, dielektrisk konstant og piezoelektrisk koeffisient for PZN-PZ-PT keramisk film oppnådd ved støpemetode og tørrpressemetode:

  Figuren viser den statiske spenningsforskyvningskarakteristikken til PZT flerlags piezoelektrisk keramisk mikroaktuator i langsgående forskyvningsmodus. Fra denne kurven kan man se at når den påtrykte spenningen gradvis øker og deretter går tilbake til null, starter enheten Som vist i ligning (1), forskyvningen genereres på en lineær og kvasi-lineær måte, og forskyves deretter på en ikke-lineær måte; når spenningen synker fra den maksimale spenningen, kommer forskyvningen ikke lenger tilbake som den opprinnelige forskyvningen, men en forskyvningsforsinkelse oppstår. Dette hystereseforholdet mellom spenning og forskyvning er et viktig trekk ved PZT-basert fleksibel lager piezokeramiske ringforskyvningsenheter . Årsaken til denne spenningsforskyvningshysteresen er relatert til krystallstrukturen og den elektriske domenestrukturen til PZT-basert piezoelektrisk keramikk. Fordi PZT piezokrystallstrukturen til den piezoelektriske keramikken er en perovskittstruktur, og gitterkonstantene til a- og c-aksene er forskjellige; når den piezoelektriske keramikken er polarisert, er det fortsatt mange 90 elektriske domener i krystallene. I et lavt elektrisk felt (den tilsvarende spenningen er også relativt lav), skyldes forskyvningen av piezoelektrisk keramikk hovedsakelig polarisasjonen av den elektriske dipolen under påvirkning av det elektriske feltet, slik at endringen i polarisasjonsintensiteten kombineres med den elektrostriktive effekten, eller invers elektrisk effekt forårsaker dens lineære mekaniske forskyvning; men når den piezoelektriske keramikken utsettes for et høyt elektrisk felt, begynner de 90 domenene i krystallen å dreie, slik at a- og c-aksene til de ulik gitterkonstantene forårsaker at Forskyvningen av piezoelektrisk keramikk øker ikke-lineært i retningen parallelt med eller vinkelrett på det elektriske feltet. Når spenningen synker fra maksimalverdien, er det to reversible og irreversible domener i de 90 domenene. Disse irreversible domenene eksisterer. Dette gjør at den piezoelektriske keramikken fremstår som et hysterese-sløyfefenomen med spenningsforskyvning.

 Den piezoelektriske ytelsen til hvert piezoelektriske keramiske lag i den piezoelektriske keramiske mikroaktuatoren blir intuitivt evaluert. Når den piezoelektriske keramiske mikroaktuatoren med flere lag påføres en spenning på 2,3 V (det elektriske feltet er 50 V / mm, det er nær det elektriske domenedreiningen og terskelens elektriske felt), genererer enheten en total forskyvning på omtrent 0,04 μm. Når den elektriske domenestyringen anses å ha en liten effekt på piezoelektrisk tøyning, kan den gjennomsnittlige piezoelektriske tøyningen for hvert piezoelektriske keramiske lag beregnes fra ligning (2) Koeffisienten d33≈500pC / N. Denne verdien er i utgangspunktet nær verdien av d33 som er oppført. Derfor kan det betraktes at den piezoelektriske ytelsen til den monolittiske piezokeramiske sylinder transduser utviklet i dette arbeidet har nådd den monolittiske støpte keramiske film og bulk.

Resultatene av figuren viser også at den flerlags piezoelektriske keramiske mikroaktuatoren kan produsere en stor forskyvning på omtrent 1 μm under den relativt lave driftsspenningen på 38V, men enhetsstørrelsen er veldig liten. Derfor kan denne enheten brukes på noen høyteknologiske felt med lav driftsspenning, stor forskyvning og liten enhetsstørrelse, harddisker krever liten enhetsstørrelse og driftsspenning <12V. Når bruker PZT piezo-serien fleksibel piezoelektrisk keramikk, når omvendt spenning eller elektrisk felt i motsatt retning endres, er det lett å forårsake depolarisering av den piezoelektriske keramikken, noe som reduserer den piezoelektriske ytelsen og reduserer forskyvningen. Derfor drives flerlags chipenheter vanligvis med en ensrettet positiv spenning. Flerlags chipenhet med ensrettet sinusformet vekselstrømsspenningsbølgeform og dens dynamiske forskyvningsresponsspekter. Fra forskyvningsresponskurven vist i figuren kan man se at flerlagsbrikkeanordningen har en ensrettet sinusformet vekselstrøm ved en topptopp 12V og en frekvens på 1kHz. Under handlingen er den maksimale forskyvningen 0,28μm, som i utgangspunktet er det samme som den statiske forskyvningen ved 12V DC, det indikerer at under 250V / mm elektrisk felt er det ingen åpenbar avhengighet mellom forskyvningen og frekvensen. i tillegg er den dynamiske forskyvningen av enheten i utgangspunktet i form av en sinusbølge, og faseforskjellen fra spenningen er også veldig liten (vanskelig å beregne faseforskjellen i figuren), noe som indikerer at forskyvningen av flerlagsenheten kan følge endringen av det elektriske feltet for å produsere forskyvning. Fakta I det ovenstående er ytelsen til den ovennevnte dynamiske forskyvningen i utgangspunktet uendret i frekvensområdet som måler fra 100Hz til 5kHz, noe som kan sees fra forskyvnings- og faseforskjellsspektrumkurvene til flerlagsbrikkeanordningen som vises. Spenningsbølgeformen V = 6 (1 + sinωt), den dynamiske forskyvningen generert under påvirkning av forskjellige spenningsfrekvenser endres nesten ikke med frekvensen, og faseforskjellen endres bare rundt 5kHz.

2. Spenningsforskyvningsegenskapene til flerlagsbrikkeenheter er relatert til krystallstrukturen og elektrisk domeneoppførsel til PZT piezoelektriske keramiske materialer under påvirkning av elektriske felt. De elektriske domenene kan fortsatt snu godt under påvirkning av lavfrekvente elektriske felt, noe som gjør frekvensområdet 100Hz til 5kHz. Størrelsen på den interne dynamiske forskyvningen av piezoelektrisk keramisk sylinder forblir i utgangspunktet uendret.

3. Å bruke den inverse piezoelektriske effekten til å studere endringsloven for forskyvningen forårsaket av elektriske dipoler og domener under påvirkning av et elektrisk felt er en god metode for å studere de mikroskopiske egenskapene til et piezoelektrisk legeme og piezoelektrisk koeffisient.