Badania wydajności wyporowej wielowarstwowego mikrosiłownika piezoelektrycznego z ceramiką PZT (2

 Porównanie gęstości, stałej dielektrycznej i współczynnika piezoelektrycznego folii ceramicznej PZN-PZ-PT otrzymanej metodą odlewania i prasowania na sucho:

  Na rysunku przedstawiono charakterystykę statycznego napięcia i przemieszczenia wielowarstwowego mikrosiłownika piezoelektrycznego ceramicznego PZT w trybie przemieszczenia wzdłużnego. Z tej krzywej widać, że gdy przyłożone napięcie stopniowo wzrasta, a następnie powraca do zera, urządzenie uruchamia się. Jak pokazano w równaniu (1), przemieszczenie jest generowane w sposób liniowy i quasi-liniowy, a następnie przesuwane w sposób nieliniowy; gdy napięcie spada od napięcia maksymalnego, jego przemieszczenie nie powraca już do pierwotnego przemieszczenia, ale pojawia się opóźnienie przemieszczenia. Ta histereza pomiędzy napięciem a przemieszczeniem jest ważną cechą elastycznych materiałów na bazie PZT standardowe urządzenia do przemieszczania pierścieni piezoceramicznych . Przyczyna tej histerezy przesunięcia napięcia jest związana ze strukturą kryształu i strukturą domeny elektrycznej ceramiki piezoelektrycznej na bazie PZT. Ponieważ struktura piezokrystaliczna PZT ceramiki piezoelektrycznej jest strukturą perowskitu, a jej stałe sieciowe osi a i c są różne; kiedy ceramika piezoelektryczna jest spolaryzowana, w kryształach nadal znajduje się wiele 90 domen elektrycznych. W niskim polu elektrycznym (odpowiednie napięcie jest również stosunkowo niskie) przemieszczenie ceramiki piezoelektrycznej wynika głównie z polaryzacji dipola elektrycznego pod działaniem pola elektrycznego, tak że zmiana intensywności jego polaryzacji łączy się z efektem elektrostrykcyjnym lub odwrotnym efektem elektrycznym powoduje jego liniowe przemieszczenie mechaniczne; jednakże, gdy ceramika piezoelektryczna zostanie poddana działaniu wysokiego pola elektrycznego, 90 domen w krysztale zaczyna się obracać, tak że osie a i c nierównych stałych sieci powodują, że przemieszczenie ceramiki piezoelektrycznej wzrasta nieliniowo w kierunku równoległym lub prostopadłym do pola elektrycznego. Kiedy napięcie spada od wartości maksymalnej, w 90 domenach występują dwie domeny odwracalne i nieodwracalne. Te nieodwracalne domeny istnieją. To sprawia, że ​​w ceramice piezoelektrycznej pojawia się zjawisko pętli histerezy polegającej na przemieszczeniu napięcia.

 Wydajność piezoelektryczną każdej piezoelektrycznej warstwy ceramicznej w chipowym piezoelektrycznym mikrosiłowniku ceramicznym ocenia się intuicyjnie. Po przyłożeniu do wielowarstwowego chipowego piezoelektrycznego mikrosiłownika ceramicznego napięcia 2,3 V (pole elektryczne wynosi 50 V/mm, jest zbliżone do pola elektrycznego toczenia i progowego w domenie elektrycznej), urządzenie generuje całkowite przemieszczenie wynoszące około 0,04 µm. Kiedy uważa się, że sterowanie domeną elektryczną ma niewielki wpływ na odkształcenie piezoelektryczne, średnie odkształcenie piezoelektryczne każdej piezoelektrycznej warstwy ceramicznej można obliczyć z równania (2) Współczynnik d33≈500pC / N. Wartość ta jest w zasadzie zbliżona do wartości d33 wymienionej. Dlatego można uznać, że piezoelektryczne działanie jest monolityczne Opracowany w tej pracy piezoceramiczny przetwornik cylindryczny osiągnął monolityczną odlewaną warstwę ceramiczną i masę.

Wyniki rysunku pokazują również, że wielowarstwowy, piezoelektryczny mikrosiłownik ceramiczny może wytwarzać duże przemieszczenie wynoszące około 1 μm przy stosunkowo niskim napięciu roboczym 38 V, ale rozmiar urządzenia jest bardzo mały. Dlatego to urządzenie może być stosowane w niektórych zaawansowanych technologicznie dziedzinach o niskim napięciu roboczym, dużej pojemności i małych rozmiarach urządzenia, dyski twarde wymagają małego rozmiaru urządzenia i napięcia roboczego <12 V. W przypadku stosowania elastycznej ceramiki piezoelektrycznej serii PZT, gdy zmienia się napięcie wsteczne lub pole elektryczne w przeciwnym kierunku, łatwo jest spowodować depolaryzację ceramiki piezoelektrycznej, co zmniejsza wydajność piezoelektryczną i zmniejsza przemieszczenie. Dlatego wielowarstwowe urządzenia chipowe są zwykle zasilane jednokierunkowym napięciem dodatnim. Wielowarstwowe urządzenie chipowe o jednokierunkowym sinusoidalnym przebiegu napięcia przemiennego i widmie odpowiedzi na dynamiczne przemieszczenie. Z krzywej reakcji na przemieszczenie pokazanej na rysunku można zauważyć, że wielowarstwowe urządzenie chipowe charakteryzuje się jednokierunkowym, sinusoidalnym prądem przemiennym o wartości szczytowej 12 V i częstotliwości 1 kHz. W ramach działania maksymalne przemieszczenie wynosi 0,28μm, co w zasadzie jest takie samo jak przemieszczenie statyczne przy napięciu 12V DC, wskazuje to, że pod polem elektrycznym 250V/mm nie ma oczywistej zależności pomiędzy jego przemieszczeniem a częstotliwością. ponadto dynamiczne przemieszczenie urządzenia ma zasadniczo postać fali sinusoidalnej, a różnica faz w stosunku do napięcia jest również bardzo mała (trudna do obliczenia różnicy faz na rysunku), co wskazuje, że przemieszczenie urządzenia wielowarstwowego może podążać za zmianą pola elektrycznego, powodując przemieszczenie. Fakt W powyższym przykładzie wydajność powyższego przemieszczenia dynamicznego pozostaje zasadniczo niezmieniona w zakresie częstotliwości mierzonych od 100 Hz do 5 kHz, co można zobaczyć na krzywych widma przemieszczenia i różnicy faz pokazanego wielowarstwowego układu scalonego. Przebieg napięcia V = 6 (1 + sinωt), przemieszczenie dynamiczne powstające pod wpływem różnych częstotliwości napięcia prawie nie zmienia się wraz z częstotliwością, a różnica faz zmienia się jedynie w okolicach 5 kHz.

2. Charakterystyki przemieszczenia napięcia wielowarstwowych układów scalonych są powiązane ze strukturą krystaliczną i zachowaniem domeny elektrycznej piezoelektrycznych materiałów ceramicznych PZT pod działaniem pól elektrycznych. Domeny elektryczne mogą nadal dobrze się obracać pod działaniem pól elektrycznych o niskiej częstotliwości, co tworzy zakres częstotliwości od 100 Hz do 5 kHz. Wielkość wewnętrznego przemieszczenia dynamicznego Piezoelektryczny cylinder ceramiczny pozostaje w zasadzie niezmieniony.

3.Wykorzystanie odwrotnego efektu piezoelektrycznego do badania prawa zmian przemieszczeń powodowanych przez dipole elektryczne i domeny pod działaniem pola elektrycznego jest dobrą metodą badania mikroskopowych właściwości ciała piezoelektrycznego i współczynnika piezoelektrycznego.