Forskning om förskjutningsprestanda hos flerskikts PZT-chip piezoelektrisk keramikmikroaktuator (2

 Jämförelse av densitet, dielektricitetskonstant och piezoelektrisk koefficient för PZN-PZ-PT keramisk film erhållen genom gjutningsmetod och torrpressningsmetod:

  Figuren visar den statiska spänningsförskjutningskarakteristikkurvan för PZT flerskiktschip piezoelektriska keramiska mikroaktuator i longitudinell förskjutningsmod. Från denna kurva kan man se att när den pålagda spänningen gradvis ökar och sedan återgår till noll, startar enheten Som visas i ekvation (1), förskjutningen genereras på ett linjärt och kvasilinjärt sätt, och skiftas sedan på ett icke-linjärt sätt; när spänningen minskar från den maximala spänningen, återgår dess förskjutning inte längre som den ursprungliga förskjutningen, utan en förskjutningsförskjutning inträffar. Detta hysteresförhållande mellan spänning och förskjutning är en viktig egenskap hos PZT-baserad flexibel för piezokeramiska ringar . lagerförskjutningsanordningar Orsaken till denna spänningsförskjutningshysteres är relaterad till kristallstrukturen och den elektriska domänstrukturen hos PZT-baserad piezoelektrisk keramik. Eftersom PZT piezokristallstrukturen hos den piezoelektriska keramen är en perovskitstruktur, och dess gitterkonstanter för a- och c-axlarna är olika; när den piezoelektriska keramen är polariserad finns det fortfarande många 90 elektriska domäner i kristallerna. I ett lågt elektriskt fält (Motsvarande spänning är också relativt låg) beror förskjutningen av piezoelektrisk keramik huvudsakligen på polariseringen av den elektriska dipolen under inverkan av det elektriska fältet, så att förändringen i dess polarisationsintensitet kombineras med den elektrostriktiva effekten, eller omvänd elektrisk effekt orsakar dess linjära mekaniska förskjutning; men när den piezoelektriska keramen utsätts för ett högt elektriskt fält, börjar de 90 domänerna i kristallen att vända sig, så att a- och c-axlarna för de ojämna gitterkonstanterna orsakar Förskjutningen av piezoelektrisk keram ökar icke-linjärt i riktningen parallell med eller vinkelrät mot det elektriska fältet. När spänningen minskar från maxvärdet finns det två reversibla och irreversibla domäner i de 90 domänerna. Dessa oåterkalleliga domäner finns. Detta gör att den piezoelektriska keramen verkar hysteresloopfenomen av spänningsförskjutning.

 Den piezoelektriska prestandan för varje piezoelektriskt keramiskt lager i det piezoelektriska keramiska mikromanöverdonet utvärderas intuitivt. När det piezoelektriska keramiska mikromanöverdonet med flera skikt appliceras med en spänning på 2,3 V (det elektriska fältet är 50 V / mm, det är nära den elektriska domänsvängningen och det elektriska tröskelfältet), genererar enheten en total förskjutning på cirka 0,04 μm. När den elektriska domänstyrningen anses ha en liten effekt på piezoelektrisk töjning, kan den genomsnittliga piezoelektriska töjningen för varje piezoelektriskt keramiskt lager beräknas från ekvation (2) Koefficienten d33≈500pC / N. Detta värde ligger i princip nära värdet på d33 som anges. Därför kan det anses att den piezoelektriska prestandan hos den monolitiska piezokeramisk cylinder givare som utvecklats i detta arbete har nått den monolitiska gjuten keramisk film och bulk.

Resultaten av figuren visar också att den piezoelektriska keramiska mikroaktuatorn med flera lager kan producera en stor förskjutning på cirka 1 μm under den relativt låga driftspänningen på 38V, men enhetens storlek är mycket liten. Därför kan denna enhet appliceras på vissa högteknologiska områden med låg driftsspänning, stor förskjutning och liten enhetsstorlek, hårddiskar kräver liten enhetsstorlek och driftspänning <12V. När man använder PZT piezo-seriens flexibel piezoelektriska keramik, när den omvända spänningen eller det elektriska fältet i motsatt riktning ändras, är det lätt att orsaka depolarisering av den piezoelektriska keramen, vilket minskar den piezoelektriska prestandan och minskar förskjutningen. Därför drivs flerskiktschipanordningar vanligtvis med en enkelriktad positiv spänning. Flerskiktschipenhet med enkelriktad sinusformad växelspänningsvågform och dess dynamiska förskjutningssvarsspektrum. Från förskjutningssvarskurvan som visas i figuren kan man se att flerskiktschipanordningen har en enkelriktad sinusformad växelström vid en topptopp 12V och en frekvens på 1kHz. Under åtgärden är den maximala förskjutningen 0,28μm, vilket i princip är detsamma som den statiska förskjutningen vid 12V DC, det indikerar att under 250V / mm elektriskt fält finns det inget uppenbart beroende mellan dess förskjutning och frekvens. dessutom är enhetens dynamiska förskjutning i grunden i form av en sinusvåg, och fasskillnaden från spänningen är också mycket liten (svårt att beräkna fasskillnaden i figuren), vilket indikerar att förskjutningen av flerskiktsanordningen kan följa förändringen av det elektriska fältet för att producera förskjutning. Fakta I det ovanstående är prestandan för ovanstående dynamiska förskjutning i princip oförändrad i frekvensområdet som mäter från 100Hz till 5kHz, vilket kan ses från förskjutnings- och fasskillnadsspektrumkurvorna för flerskiktschipanordningen som visas. Spänningsvågformen V = 6 (1 + sinωt), den dynamiska förskjutningen som genereras under inverkan av olika spänningsfrekvenser förändras knappast med frekvensen, och dess fasskillnad ändras bara runt 5kHz.

2. Spänningsförskjutningsegenskaperna hos flerskiktschipenheter är relaterade till kristallstrukturen och det elektriska domänbeteendet hos PZT piezoelektriska keramiska material under inverkan av elektriska fält. De elektriska domänerna kan fortfarande vända bra under inverkan av lågfrekventa elektriska fält, vilket gör frekvensområdet 100Hz till 5kHz. Storleken på den interna dynamiska förskjutningen av piezoelektrisk keramisk cylinder förblir i princip oförändrad.

3. Att använda den omvända piezoelektriska effekten för att studera förändringslagen för förskjutningen som orsakas av elektriska dipoler och domäner under inverkan av ett elektriskt fält är en bra metod för att studera de mikroskopiska egenskaperna hos en piezoelektrisk kropp och piezoelektrisk koefficient.