大电致伸缩陶瓷材料的力学性质研究

本文提出了关于材料力学性质研究的重要性,介绍了评价陶瓷材料力学性质的三种实验方法.     

关于电致伸缩方程

本刊1982年第4期发表了四川大学许祖谦老师的“铁电陶瓷中的压电效应和电致伸缩效应”一文后,许多读者对铁电陶瓷呈现出的压电效应的机理提出许多看法。为此,本刊于1984年第2期发表了山东大学胡启文老师的“晶体和陶瓷中的压电效应与电致伸缩效应”一文,又引起了许多读者的反映,现将天津大学王裕斌老师的“关于电致伸缩方程”一文发表。至今,关于铁电陶瓷呈现出的压电效应包括“直接压电效应”和“等压电效应”的机理仍在争论不休,我们认为这种学术上的讨论是严肃认真的,本刊编辑部感谢广大学者的支持,并就此专题讨论暂告一段落。     

新型电致伸缩材料

虽然电致伸缩是一种基本的机-电耦合效应,但是对它的实验研究开展得较迟.其原因是由于电致伸缩效应是二次效应,通常由感应产生的形变量是非常之小给实验带来了困难.现在对于常用单晶的电致伸缩系数大部分尚未测定,在这种情况下要对电致伸缩的理论(微观的)作解释是困难的.但是,近年来在天文学、光学的领域里希望得到能够微秒地调节光角度、光路程的位移元件.由于这些应用上的要求,使得电致伸缩效应开始引起了人们的注意.     

电致伸缩材料研究的新进展

简要地综述电致伸缩材料在合成、制备和离子掺杂改性方面研究的新进展。介绍了电致伸缩材料发展现状。     

电致伸缩陶瓷致动器及其应用

本文叙述了电致伸缩效应、材料及器件结构原理.重点介绍了致动器近年来在精密机械、大规模集成电路设备、光通讯控制等方面越精定位技术上的应用.预计在今后的微电机时代,电致伸缩致动器将是亚微米超精定位技术的关键部件.     

新型电致伸缩材料及应用

机—电材料的最新课题之一——大电致伸缩材料,在中心对称晶体中观察到的电致伸缩效应是二次机电耦合效应,其主要特点是没有电滞现象及老化影响.本文评述了Cross等人研制的PMN系组份及我们最近研制的La:PZT组份的电致伸缩特性,并介绍了利用这些新型材料制作的位移致动器,非线性机-电换能器在精密机械、光学、电-声学方面的应用情况.     

电致伸缩陶瓷材料的非线性机-电转换效应的研究——一种新型的电声混频、倍频器

一种具有大电致伸缩效应的陶瓷材料弛豫铁电体PZT:La被我们发现了。电致伸缩也是一种基本的机-电耦合效应。由于S=ME~2,它是个二次方函数,因此所产生的机-电耦合是一个非线性效应。通过实验我们观察到了电致伸缩所特有的非线性机-电转换功能。利用双晶片的弯曲振动模式可以制造出结构简单、成本低廉的电声倍频器、混频器,可适用于整个低频范围。     

电致伸缩传动器:材料及应用

回顾了压电和电致伸缩传动器的进展,材料及应用的开发.PZT基和铌镁酸铅(PMN)陶瓷,特别应用湿法化学制备时具有优良的传动性能.电致伸缩传动器大致分为三类:伺服位移换能器,脉冲激励电机和超声电机.正在研究的有20多个实际应用项目.存在的主要问题是可靠性和耐久性.     

压电、电致伸缩传动器及其应用

本文介绍了近年来压电和电致伸缩传动器的发展状况,重点介绍了目前发展较快的几种传动器。     

电致伸缩效应光纤交流电场传感器

位于美国华盛顿的海军研究实验室的科学家们制成了这种测量交流电压的传感器。15cm长光纤分辨率为1nV/(Hz)~(1/2)~1。他们是用直流偏压转换器来检测高频(>30kHz)微弱交流电场的。高分辨率归因于在整个光纤长度内,偏压和压电是恒定的。这种传感器是将铌酸铅锰     

PZT,SMA和电致伸缩材料执行器的电机械性能

研究了机敏结构中的ＰＺＴ、ＳＭＡ和电致伸缩材料的电机械性能及应变与电压的关系，测量了这些材料在形状改变的过程中产主的恢复力，比较了它们作为执行器时性能的优劣，为研究机敏结构中的执行器提供了良好的依据。     

铁电陶瓷中的压电效应和电致伸缩效应

本文根据热力学理论和对称性原理,阐述了铁电陶瓷中的压电效应和电致伸缩效应。并证明已极化铁电陶瓷在外加小交变电场作用下呈现出来的总的压电效应应包括“直接压电效应”和“等效压电效应”两部分机理的贡献。     

锆钛酸铅镧陶瓷的电致伸缩效应

循环地围绕强场电滞回线同时测出了几种锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷的电极化和弹性应变参数。这些陶瓷组成使用人们通常可以接受的符号,如第一个数字表示组成中La_2O_3克分子百分数,第二个数字表示PbZrO_3与PbTiO_3的比值,此研究的组成均取(7,7.5,8,8.8,9.5)/65/35和8/70/30。结果表明,这些在宏观基态都是无极性的全部组成中,应变实际上是受自然的电致伸缩控制的,电致伸缩系数Q_(11)和Q_(12)几乎与温度无关,与其它钙钛矿几乎在同一数量级,但随着La_2O_3含量的增加,Q_(11)和Q_(12)的值略微减少。     

电致伸缩与PLZT电子发射频率特性的关系

研究了PLZT阴极中电致伸缩效应对电子发射频率的影响.采用等静压工艺制备了PLZT阴极样品,并在阴极上施加高达11 kV的激励脉冲,观察到电子发射波形周期性地出现多个峰值.对收集到的电子发射波形进行频谱分析,得到主要频率成分在5.8 MHz左右,与根据压电声表面波理论计算出的表面振动基频为6.2 MHz接近.基于以上实验结果和计算结果,结合目前铁电电子发射的快极化反转和表面等离子体理论,可得出压电表面振动对电子发射波形进行了频率调制,合理解释了电子发射波形周期性出现多个峰值的现象.     

云纹干涉法测量弛豫铁电陶瓷的电致伸缩应变

采用一种新的实验力学方法——反射式高灵敏度云纹干涉法测量了弛豫铁电陶瓷的电致伸缩效应。在铁电陶瓷上复制了１２００线／毫米位相型闪耀光栅的试件栅；在两束相干准直激光的照射下，采用ＣＣＤ摄像机及其微机实时图像处理系统，实时地获取了在电压作用下试件表面位移场的灵敏度为２４００线／毫米的云纹干涉条纹图；获得了试样表面的位移、应变量与外加电场强度的关系。为铁电陶瓷的性能测试和本构关系的研究提供了一种新的有效的实验方法     

晶体和陶瓷中的压电效应与电致伸缩效应

本文根据热力学理论和晶体对称性,讨论了石英晶体的压电效应,也讨论了钛酸钡晶体和钛酸钡陶瓷,以及铌酸锂晶体的压电效应与电致伸缩效应.并论证了石英晶体具有“直接压电效应”;钦酸钡晶体和钦酸钡陶瓷具有“等效压电效应”;铌酸锂晶体具有“直接压电效应”和“等效压电效应”.     

单轴应力下热氧化SiO_2的介电电致伸缩系数研究

微机电系统和集成电路中常用的热氧化SiO2是各向同性材料,研究了其在单轴应力场中介电常数的变化规律。依据介质在自由和束缚两种边界条件下受到单轴应力作用产生的应变不同,从电动力学基本关系出发推导了各向同性电介质两种边界下的介电电致伸缩系数计算公式,表明介电电致伸缩系数是与电介质的初始介电常数、杨氏模量和泊松比有关的常数。计算得到热氧化SiO2薄膜在自由和束缚条件下的介电电致伸缩系数M12分别为-0.143×10-21和-0.269×10-21 m2/V2。搭建了基于三维微动台的微位移加载系统,测量了在单轴应力下微悬臂梁SiO2薄膜电容的变化,测量得到热氧化SiO2薄膜的M12为(-0.19±0.01)×10-21 m2/V2,表明实际SiO2薄膜介质层的边界条件处于自由和束缚之间。     

聚合物电致伸缩材料性能测试高压发生器的研制

简述了聚合物电致伸缩材料性能测试高压发生器的基本特性及其研制的必要性,采用两种高压控制方法对高压进行调节,并进行了相应的硬件电路设计,解决了高压输出控制中的自动和手动一体化控制问题.为了解决输出线性度问题,采用了软件方法进行输出线性度纠正,最终实现了所需的功能.     

微机控制电致伸缩微步距伺服系统的实验研究

根据电火花细微加工的特点，设计了一个由ＷＴＤＳ电致伸缩器件与步进电动机进给装置相结合的微步距伺服进给的实验系统，系统的工作由ＴＰ８０１Ｂ单板机控制，经过输入模拟信号的仿真实验表明，微进给部件能以＜０．１μｍ的微步距跟踪加工进给。     

电致伸缩陶瓷微位移器非线性的数值方法补偿

本文通过对电致伸缩陶瓷材料的非线性进行分析。找到了补偿电致伸缩陶瓷非线性的数值方法，并对不同回程大小的电滞回线进行了分段处理，使补偿结果更为精确。