Cercetare privind performanța de deplasare a microactuatorului multistrat PZT din ceramică piezoelectrică (2

 Comparație între densitatea, constanta dielectrică și coeficientul piezoelectric al foliei ceramice PZN-PZ-PT obținute prin metoda de turnare și metoda de presare uscată:

  Figura prezintă curba caracteristică tensiune-deplasare statică a micro-actuatorului ceramic piezoelectric cu cip multistrat PZT în modul de deplasare longitudinală. Din această curbă, se poate observa că atunci când tensiunea aplicată crește treptat și apoi revine la zero, dispozitivul pornește După cum se arată în ecuația (1), deplasarea este generată într-o manieră liniară și cvasiliniară și apoi deplasată într-o manieră neliniară; când tensiunea scade de la tensiunea maximă, deplasarea ei nu mai revine ca deplasarea inițială, ci are loc un întârziere de deplasare. Această relație de histerezis între tensiune și deplasare este o caracteristică importantă a flexibilului bazat pe PZT piezoceramice de deplasare a inelelor stoc . dispozitive Motivul pentru această histerezis de deplasare a tensiunii este legat de structura cristalină și structura domeniului electric a ceramicii piezoelectrice pe bază de PZT. Deoarece structura cristalină piezoelectrică PZT a ceramicii piezoelectrice este o structură de perovskit, iar constantele sale de rețea ale axelor a și c sunt diferite; când ceramica piezoelectrică este polarizată, există încă multe 90 de domenii electrice în cristale. Într-un câmp electric scăzut (tensiunea corespunzătoare este, de asemenea, relativ scăzută), deplasarea ceramicii piezoelectrice se datorează în principal polarizării dipolului electric sub acțiunea câmpului electric, astfel încât modificarea intensității de polarizare a acestuia este combinată cu efectul electrostrictiv, sau efectul electric invers provoacă deplasarea sa mecanică liniară; totuși, atunci când ceramica piezoelectrică este supusă unui câmp electric ridicat, cele 90 de domenii din cristal încep să se rotească, astfel încât axele a și c ale constantelor rețelei inegale provoacă Deplasarea ceramicii piezoelectrice crește neliniar în direcția paralelă sau perpendiculară pe câmpul electric. Când tensiunea scade de la valoarea maximă, există două domenii reversibile și ireversibile în cele 90 de domenii. Aceste domenii ireversibile există. Acest lucru face ca ceramica piezoelectrică să apară fenomenul buclei de histerezis al tensiunii-deplasare.

 Performanța piezoelectrică a fiecărui strat ceramic piezoelectric din micro-actuatorul ceramic piezoelectric cu cip este evaluată intuitiv. Când micro-actuatorul ceramic piezoelectric cu cip multistrat este aplicat cu o tensiune de 2,3 V (câmpul electric este de 50 V/mm, este aproape de domeniul electric de rotație și prag de câmp electric), dispozitivul generează o deplasare totală de aproximativ 0,04 μm. Când se consideră că direcția domeniului electric are un efect mic asupra deformarii piezoelectrice, deformarea piezoelectrică medie a fiecărui strat ceramic piezoelectric poate fi calculată din ecuația (2) Coeficientul d33≈500pC / N. Această valoare este practic apropiată de valoarea lui d33 listată. Prin urmare, se poate considera că performanța piezoelectrică a monoliticului traductorul cilindru piezoceramic dezvoltat în această lucrare a ajuns la filmul ceramic turnat monolit și în vrac.

Rezultatele figurii arată, de asemenea, că microactuatorul ceramic piezoelectric cu cip multistrat poate produce o deplasare mare de aproximativ 1 μm sub tensiunea de funcționare relativ scăzută de 38V, dar dimensiunea dispozitivului este foarte mică. Prin urmare, acest dispozitiv poate fi aplicat în unele domenii de înaltă tehnologie cu tensiune de operare scăzută, deplasare mare și dimensiuni mici ale dispozitivului, unitățile de hard disk necesită dimensiuni mici ale dispozitivului și tensiune de operare <12V. Când se utilizează ceramică piezoelectrică flexibilă din seria piezoelectrică PZT, când se schimbă tensiunea inversă sau câmpul electric în direcția opusă, este ușor să provoace depolarizarea ceramicii piezoelectrice, ceea ce reduce performanța piezoelectrică și reduce deplasarea. Prin urmare, dispozitivele cu cip multistrat sunt de obicei operate cu o tensiune pozitivă unidirecțională. Dispozitiv cu cip multistrat cu formă de undă de tensiune AC sinusoidală unidirecțională și spectrul său de răspuns la deplasare dinamică. Din curba de răspuns la deplasare prezentată în figură, se poate observa că dispozitivul cu cip multistrat are un curent AC sinusoidal unidirecțional la un vârf-vârf de 12V și o frecvență de 1kHz. Sub acțiune, deplasarea maximă este de 0,28 μm, care este practic aceeași cu deplasarea statică la 12 V DC, indicând că sub câmp electric de 250 V / mm, nu există o dependență evidentă între deplasarea și frecvența acestuia. în plus, deplasarea dinamică a dispozitivului este practic sub forma unei undă sinusoidală, iar diferența de fază față de tensiune este, de asemenea, foarte mică (dificil de calculat diferența de fază în figură), ceea ce indică faptul că deplasarea dispozitivului multistrat poate urmări modificarea câmpului electric pentru a produce deplasare. Fapt În cele de mai sus, performanța deplasării dinamice de mai sus este practic neschimbată în intervalul de frecvență care măsoară de la 100 Hz la 5 kHz, ceea ce poate fi văzut din curbele de spectru de deplasare și diferență de fază ale dispozitivului cu cip multistrat prezentat. Forma de undă a tensiunii V = 6 (1 + sinωt), deplasarea dinamică generată sub efectul diferitelor frecvențe de tensiune se modifică cu greu cu frecvența, iar diferența sa de fază se modifică doar în jurul valorii de 5 kHz.

2. Caracteristicile de deplasare-tensiune ale dispozitivelor cu cip multistrat sunt legate de structura cristalină și comportamentul domeniului electric al materialelor ceramice piezoelectrice PZT sub acțiunea câmpurilor electrice. Domeniile electrice se pot întoarce încă bine sub acțiunea câmpurilor electrice de joasă frecvență, ceea ce face ca intervalul de frecvență de la 100 Hz la 5 kHz. Dimensiunea deplasării dinamice interne a cilindrul ceramic piezoelectric rămâne practic neschimbat.

3. Folosirea efectului piezoelectric invers pentru a studia legea de schimbare a deplasării cauzate de dipolii și domeniile electrice sub acțiunea unui câmp electric este o metodă bună de a studia proprietățile microscopice ale unui corp piezoelectric și ale coeficientului piezoelectric.