GaN压电半导体陶瓷准脆性断裂特性

GaN压电半导体陶瓷应用前景广泛,而断裂强度是结构、器件设计与可靠性评估的关键参数。GaN压电半导体陶瓷构件的断裂强度和使用寿命与其微观组织及内在缺陷密切相关。基于描述准脆性断裂行为的边界效应模型系统研究了极化与退极化GaN压电半导体陶瓷的拉伸强度和断裂韧性。结果表明,GaN试样的拉伸强度和断裂韧性可由正态分布分析中的峰值荷载及团聚体平均粒度确定。极化使GaN压电半导体陶瓷团聚体细化,造成极化试样的断裂强度高于退极化试样,这意味着极化可以用于改善压电半导体陶瓷的断裂强度与寿命。     

一种压电半导体纳米线的热电耦合性能研究

采用有限元分析方法,研究了一种n型压电半导体纳米线(氧化锌)的电热耦合性能,分析了外部温度对氧化锌纳米线内部机械场、电场及电流场分布的影响,并讨论了本构方程线性化对电学参数的影响。研究结果表明,温度对氧化锌纳米线的电场、载流子浓度和电流密度影响很大,采用线性本构和非线性本构求得的电场、电子浓度和电流密度最大相差分别为24%,32%和68%,基于非线性本构分析压电半导体的电学性能会引起很大误差。该研究结果可为压电半导体器件利用温度调控电场、电流提供理论依据。     

温度梯度对GaN热压电pn结电学性能的影响

热感应产生的极化电势可以改变压电半导体结构内的力电物理量,这在人工智能、微机电系统(MEMS)中极具应用价值.文章针对温度梯度作用下的氮化镓(GaN)压电pn结,采用二维压电半导体多场耦合方程和精确的热电物理边界条件,数值分析了温度梯度改变对GaN热压电pn结内极化强度、电势、电场、载流子分布及电流等物理场的影响.结果表明:由于温度梯度场和极化电荷之间存在耦合,热压电pn结电学性能对温度梯度高度敏感,由温度改变产生的热感应极化电荷可以有效调节该结构的开启电压和载流子传输特性,这为操控与温度相关的智能异质结器件电流传输提供了新的方法和理论指导.     

温度对一维压电半导体梁弯曲特性的影响

采用微分算子法,理论研究了一维热压电半导体梁在横向力作用下的静态弯曲问题,得到了位移、电势、载流子、温度以及剪力、弯矩、电位移和电流密度等物理场的解析解,并分析了温度对n型ZnO压电半导体悬臂梁力电热耦合性能的调控作用.研究结果表明:温度能显著影响压电半导体梁的力电场分布,造成电势、载流子、电场和电位移在高温区域发生显著变化,而对于位移、剪力和弯矩影响较小.该温度调控效果主要是由热释电效应产生的极化电荷引起的.     

压电陶瓷驱动器动态非线性建模与实验分析

针对谐振型压电陶瓷驱动器的动态非线性,建立了一个数学模型来定量描述驱动器输入与输出的非线性关系,借此可以定量分析其动态非线性的大小;并利用此模型对PZN－PZT悬壁梁式双晶片变曲驱动器动态非线性进行了实验分析,实验结果表明此模型对驱动器动态非线性定量分析效果良好。     

用动态位移响应测量压电常数的方法

根据基本压电方程了压电陶瓷晶片面内受迫振动的计算公式,并结合共振实验,提出了一种直接测量压电陶瓷晶片的压电常数的方法。与传统的线路传输压电常数测量方法相比较,本方法具有许多优点。由于减少了中间环节,测量结果的精度也得到了提高。     

压电半导体的极化处理及性能研究

极化处理是压电半导体材料制备及构件设计中的关键工艺,直接影响着其压电性能。根据夹层极化的方法,研制出一种多样性极化实验装置,解决了压电半导体的极化问题,并对极化后的GaN材料性能进行了系统研究。实验结果表明:(1)极化使GaN材料具备了压电性能,改变了其力电性能参数；(2)极化显著提高了压电半导体的导电能力,改变了其弯曲强度。     

压电元件非线性特性研究的进展

压电元件的非线性是影响其使用性能进一步提高的主要因素之一。文章简要地叙述了国内外关于压电元件非线性特性在形成机理,外环非线性、内环非线性及其控制方法等几个方面研究的进展。     

压电晶体表面的声非线性

本文根据非线性反射法通过对压电晶体表面进行部分模场分解,提出了解决声非线性问题的基本途径。非线性压电晶体自由边界反射问题的二次近似解表明:二次谐波场是由四种基本反射波的无数交扰和自作用决定的。由于二阶和三阶弹性、压电、介电等材料参数的缘故,这些互作用在晶体的块体内和表,面上产生2ω的弹性和电效应源。由自模式互作用产生的谐波相位匹配导致声表面波(SAW)二次谐波的产生,振幅沿边界增大。通过解非线性反射问题推导出压电晶体中SAW二次谐波的分析表达式。SAW二次谐波产生的效率取决于基频SAW的所有四种部分波的分布且与材料声非线性参数值、慢模及其相应的幅度和相位成正比。预计压电晶体中非线性SAW稳态波形将不同于传统的N形或“锯齿”形。     

镶嵌于介质中半导体纳米颗粒非线性光学性质的研究动态

介绍了有关镶嵌于介质半导体钠米颗粒非线性光学性质的研究动态，这种材料具准零维量子点特征，其三阶光学非线性系数大，响应快，功耗低，在光开关，光存储及全光逻辑运算等领域具有广阔的应用前景。     

压电叠堆执行器迟滞非线性建模与分析

压电叠堆执行器输出位移具有迟滞非线性特性,在高精度控制和电静液作动器等应用领域,为实现进一步研究和控制,需要针对该特性进行建模。该文首先针对压电叠堆执行器的静态特性,采用改进的非对称BoucWen模型建立压电叠堆执行器的准静态模型;其次,为描述其动态位移输出特性,将执行器输出力分为线性模块和滞后模块,根据系统动力学方程建立压电叠堆执行器迟滞非线性动态模型,进行参数辨识、模型仿真与实验研究。结果表明,在400Hz频率范围内,所建立的模型能够准确描述与预测压电叠堆执行器输出位移的迟滞非线性。     

考虑几何非线性时双稳态压电悬臂梁响应分析

针对双稳态压电振子产生大挠度振动现象,利用哈密顿原理建立了其大变形动力学方程,再用Galerkin法将其离散为模态坐标方程。对无量纲化方程进行数值分析可知:在激励一定下,存在最优阻抗使输出功率最大;在相同的激励水平下,大幅周期运动发电能力优于大幅混沌运动;通过对比发现几何非线性使系统产生更多的混沌窗口,改变梁长可使系统处在大幅周期运动中,从而提升压电发电能力。     

压电陶瓷驱动器迟滞非线性的改善方法

压电陶瓷驱动器在微位移定位方面被广泛应用,但压电陶瓷驱动器的迟滞非线性严重影响其定位精度,因此,介绍了各种改善压电陶瓷驱动器迟滞非线性特性的方法,并提出了用3次样条插值法和最小二乘曲线拟合法来实现压电陶瓷驱动器的精确定位,改善压电陶瓷驱动器的迟滞非线性特性,实验表明,以上方法可使压电陶瓷驱动器的定位误差小于5％.     

同步箝位压电马达的运动特性仿真

为研究同步箝位控制压电马达的动力学特性,运用系统仿真软件Maplesim,分别建立箝位开关、压电陶瓷片和单自由度振子的数值模型,进行了压电马达进行了整体性能仿真。该动态模型的仿真结果表明,该压电马达具有良好的步进特性,在驱动电压和占空比分别为100 V和50%时,空载单次步距为8.182 μm;输出轴平均速度随驱动电压的增加而增加,随负载和占空比的增加而减小,呈一定的函数关系。该仿真对压电箝位马达在实验和使用时的控制参数调节提供了重要参考。     

同步箝位压电马达的运动特性仿真

为研究同步箝位控制压电马达的动力学特性,运用系统仿真软件Maplesim,分别建立箝位开关、压电陶瓷片和单自由度振子的数值模型,进行了压电马达进行了整体性能仿真。该动态模型的仿真结果表明,该压电马达具有良好的步进特性,在驱动电压和占空比分别为100V和50%时,空载单次步距为8.182μm;输出轴平均速度随驱动电压的增加而增加,随负载和占空比的增加而减小,呈一定的函数关系。该仿真对压电箝位马达在实验和使用时的控制参数调节提供了重要参考。     

非线性压电耦合对L型梁俘能器性能的影响

以二自由度的L型梁双稳态压电俘能器为研究对象,研究了非线性压电耦合关系中的一、二次非线性系数对俘能器输出功率和主梁运动的影响。通过对无量纲动力学方程的数值进行了仿真分析,结果表明,当激励幅值较大时,非线性压电耦合对俘能器输出功率和主梁运动有明显的影响;非线性压电耦合系数越大,输出功率越大,而俘能器的振动位移越小。非线性压电耦合的一次非线性系数取正值时,俘能器的响应优于线性耦合时的俘能器响应,取负值,则反之;而无论二次非线性系数取何值,非线性耦合时俘能器的响应都优于线性耦合时俘能器的响应。