0-3型水泥基压电复合材料有限元分析与优化

用ANSYS有限元软件对纯压电陶瓷(PW)及0-3型水泥基压电复合材料(PCM0)依次进行静力、模态、谐响应及瞬态动力特性力-电耦合场分析,并以PCM0半径(Rc)和厚度(Hc)为变量对进行材料量优化设计。相比PW,PCM0垂直于极化方向的电位移增大10.9%,使压电应变常数增大;响应频率减小,呈稳态响应特性;水泥掺入对PCM0迟滞效应影响可接受。PCM0最优材料用量对应的Rc、Hc分为5.1mm、0.76mm。     

制备工艺对0-3型压电复合材料的d33的影响

采用固化、热压、冷压工艺制备0-3型PZNN／PVDF压电复合材料，用准静态压电测试仪测试了压电复合材料的压电应变常数d33,通过对以上三种制备工艺的对比，结果表明：在无机和有机压电材料的体积比大于70％时，冷压工艺优于固化和热压工艺，在它们的体积比小于70％时，热压工艺优于冷压和固化工艺。     

直写成型制备的3-3型PZT压电复合材料及其性能

3-3型压电复合材料在超声波传感器、水下声学检测等领域有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷通过复合有望制备具有低介电常数、低脆性等优点的复合材料。采用直写成型技术制备了 PZT 三维木堆结构支架, 结合浸渍法填充环氧树脂制备了3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料。研究了陶瓷相体积分数对3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料的介电、压电、铁电性能的影响,并对比了 PZT陶瓷支架与 PZT/环氧树脂复合材料的介电与压电性能。研究结果表明,随着陶瓷相体积分数的增加,复合材料的介电常数、压电常数及剩余极化强度都会增大, PZT支架具有更大的介电常数、压电常数、压电电压常数;当陶瓷相体积分数为36%时,PZT 支架与 PZT/环氧树脂的压电电压常数分别达到151．0mV·m/N 与104．0mV ·m/N。PZT/环氧树脂复合材料同时具备了压电陶瓷的硬度、电性能,以及聚合物的柔韧性、低密度等优势,其应用前景良好。     

关于钹式压电复合换能器基阵的研究

研究了钹式压电复合换能器平面均匀串联基阵及并联基阵的等静压压电性能。钹式压电复合换能器平面均匀基阵具有1－3连通型复合结构的性能特点。连接阵元的基体材料是影响换能器基阵的等静压压电性能的关键,基体越柔软实测值与理论值越接近。钹式压电复合换能器平面均匀串联基阵及并联基阵的等效等静压压电常数及等效等静压灵敏值与阵列 单个钹式换能器的相同。     

单腔结构压电陶瓷—金属复合体研究

研制出一种单腔结构压电陶瓷－金属复合体，该复合体不仅压电常数高，而且具有压电常数的位置依赖性小、制作更为简单、便于稳定地安装使用等优点。由实验研究得出了较佳尺寸的复合体，相应的有效压电应变常数为７８９０ｐＣ／Ｎ，为其中ＰＺＴ压电陶瓷压电应变常数的２４倍。     

金属端帽压电复合执行器的等静压性能研究

研究了金属端帽的机械性能对压电复合执行器Ｃｙｍｂａｌ的等静压压电常数的影响。研究表明,Ｃｙｍｂａｌ执行器等静压压电常数的耐压性能与金属端帽的形状参数、端帽材料的弹性极限及粘结强度有关。     

组分材料特性对压电复合材料性能的影响

影响压电复合材料性能的因素有很多,主要应用有限元法分析了基体相以及压电相材料的材料特性对压电复合材料性能的影响。选用13型压电复合材料作为研究对象,压电相为PZT5H,环氧树脂作为基体相。研究结果表明:压电相及基体相的材料特性对压电复合材料的性能有着较大的影响。     

YCaO(BO_3)_3晶体电弹常数的测量

首次测量了 YCa O(BO3) 3晶体的全部压电应变常数、压电应力常数、弹性柔顺常数、弹性刚度常数以及介电常数。     

NBT-NaNbO3-BaTiO3无铅压电材料的研究

主要研究了(NaBi)0.5TiO3-NaNbO3-BaTiO3三元系无铅压电材料的介电、压电性能。随着第三种材料BaTiO3引入量的增加。三元系材料的介电常数和损耗均出现增大的现象。当n(Ba^2 )=0．02mol时。三元系材料的压电常数d33、机电耦合系数氐值都达到最大值100pC／N和0．41。     

低声阻抗0—3型PZT/PT/PVDF压电复合材料的研制

压电陶瓷材料的高声阻抗制约着其在水听器和超声成像方面的应用。为了对压电陶瓷材料的声阻抗和声速进行调节,本研究以聚偏氟乙烯(PVDF)及钛酸铅(PT)和锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷粉体为原料,经过流延、热压等工艺制得了4种含有不同量PT及PZT的0—3型PZT/PT/PVDF压电复合材料。研究了所制压电复合材料的声学、压电和介电性能。结果表明:所制压电复合材料的声阻抗均小于140 MPa.s/m,最优压电应变常数d33达43 pC/N,相对介电常数为185～210,介质损耗约为2×10–2。     

基于Ansys的0-3型压电振子的有限元分析

0-3型压电复合材料以其柔软性,易加工成型和制备工艺简单等优点,具有广泛的应用前景.该文利用0-3型压电复合材料作为压电悬臂梁压电振子的压电体,利用Ansys软件对振子做有限元分析,包括静态和模态分析,得出压电振子各参数对其发电能力及谐振频率的影响:振子发电能力与外力及振子的长度成正比,与振子宽度成反比,存在最佳长度比和厚度比;振子的固有频率与长度及质量块的质量成反比,宽度对固有频率的影响较小.这些数据为压电悬臂梁的结构参数提供设计依据.     

基于压电式新型三维力传感器的设计

从生物压电效应和人体“皮肤效应”原理出发，提出了一种基于压电式的新型三向力检测方法，阐述了三向力传感器的设计思想和基本组成结构，并从理论上对传感器工作原理进行了检测，推导了计算空间三向力大小和方向的公式。该三向力传感器不但可以用于机械空间力的测量，且还可用于机器人表皮的传感，为实现新型的智能机器人触觉力传感器系统提供了一种新的方法。     

Acoustic Gain in Solids due to Piezoelectricity,Flexoelectricity, and Electrostriction

A quantitative discussion of the combined influence of three electromechanical effects: piezoelectricity, flexoelectricity, and electrostriction in solids is provided for acoustic absorption and gain. While piezoelectricity occurs in non‐centrosymmetric materials only, flexoelectricity and electrostriction exist in all materials. Two important new results are demonstrated: 1) the possibility to realize acoustic gain in all materials (centrosymmetric and non‐centrosymmetric) when the acoustic Cherenkov condition is fulfilled, and 2) realization of acoustic gain in the presence of a strong dc electric field, even when the Cherenkov condition is not fulfilled, in the case of strong cross‐coupling between piezoelectricity, flexoelectricity, and electrostriction. A simple analytical expression for the acoustic dispersion relation is derived for the combined effect of piezoelectricity, flexoelectricity, and electrostriction. At lower frequencies, the piezoelectric effect dominates for inversion‐asymmetric materials. At high frequencies (≈>1 MHz) flexoelectricity becomes increasingly important and eventually provides a major mechanism for gain and absorption in barium titanate (BaTiO₃). In the presence of strong electric fields (≈>1 MV m^?1), electrostriction provides a dominant isolated contribution to absorption/gain in BaTiO₃. Strong coupling between the three electromechanical contributions determines the total absorption/gain coefficient.     

强激光驱动高压冲击波特性研究

利用响应快、测压范围宽的新型绝缘膜组合式高聚物压电传感器 (PVDF压电传感器 )以及PIN硅光二极管和 PHIL IPS PM 332 0 A型示波器 ,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量。得到了激光冲击波在铝靶中的平均传播速度为 6 .38× 10 3 m/ s,与通常的声波纵波在铝中的传播速度 (6 4 0 0 m / s)很相近。激光引发的冲击波峰值压力在铝中的衰减规律是指数型的。     

高功率激光冲击处理装置及其驱动冲击波实验研究

对实验研制的高功率、短脉冲强激光冲击处理装置进行了输出特性研究,其输出能量不稳定度和激光脉冲功率不稳定度分别为±3.8%和±6.5%。采用透镜列阵的焦斑均匀化系统使光强分布起伏度达到±12%。并利用新型压电传感器(PVDF压电传感器)对其引发的激光冲击波压力进行了实时测量。     

厚度切变模式高频谐振器用压电陶瓷

研究了Ｐｂ（ＺｒｘＴｉｙ）Ｏ３＋ＤＭｎＯ２＋ＥＣｅＯ２二元系压电陶瓷材料,以质量分数ｗ为５％～１０％的碱土金属元素Ｍｇ、Ｓｒ、Ｂａ氧化物加入配方中,形成二价正离子,取代铅,再以适量的ＭｎＯ２,ＣｅＯ２氧化物作为添加物加入配方中,选择了合适的工艺,获得了性能优良的压电陶瓷材料,该材料已成功地用于制造１．５～６．０ＭＨｚ厚度切变模式高频谐振器。     

压电传感原位监测苏丹红Ⅰ分子印迹聚合物的合成

苏丹红染料为偶氮类油溶性工业色素,主要用于油彩、汽油、地板蜡等化工品的着色,被国际癌症研究机构(IARC)列为3类致癌物之一.世界各国都已明令禁止将苏丹红应用于食品中,尽快建立一种灵敏、快速、不受样品颜色影响的检测食品中苏丹红的分析检测方法尤为重要.因此,合成人工模拟抗体--苏丹红Ⅰ分子印记聚合物非常有意义.实验在10 μL的压电传感器的金电极上,原位合成苏丹红Ⅰ印迹聚合物.实验结果表明,聚合反应过程是2级反应.     

Diffused Phase Transition Boosts Thermal Stability of High‐Performance Lead‐Free Piezoelectrics

High piezoelectricity of (K,Na)NbO₃ (KNN) lead‐free materials benefits from a polymorphic phase transition (PPT) around room temperature, but its temperature sensitivity has been a bottleneck impeding their applications. It is found that good thermal stability can be achieved in CaZrO₃‐modified KNN lead‐free piezoceramics, in which the normalized strain d ₃₃* almost keeps constant from room temperature up to 140 °C. In situ synchrotron X‐ray diffraction experiments combined with permitivity measurements disclose the occurrence of a new phase transformation under an electrical field, which extends the transition range between tetragonal and orthorhombic phases. It is revealed that such an electrically enhanced diffused PPT contributed to the boosted thermal stability of KNN‐based lead‐free piezoceramics with high piezoelectricity. The present approach based on phase engineering should also be effective in endowing other lead‐free piezoelectrics with high piezoelectricity and good temperature stability.     

孔洞聚丙烯驻极体膜压电热稳定性的化学改善

通过压电系数d33在不同温度下的等温衰减测量,研究了经化学改性和压力膨化处理的孔洞聚丙烯驻极体膜的压电热稳定性,结果表明化学改性极大地提高了其压电热稳定性。对其热刺激放电(TSD)电流及电荷等温衰减的研究结果表明,化学改性膜的压电热稳定性的显著提高主要归因于孔洞电荷热稳定性的改善。     

振动式微型发电机的研究现状与发展趋势

微能源具有体积小,重量轻等特点,是军民两用高新技术发展的迫切需求,已成为近年来MEMS领域的一个重要发展方向。微能源主要分为微型电池和微型发电机两大类。本文着重介绍基于MEMS技术的微型发电机的研究现状和通过振动实现能量转换的发电机系统及其电磁式、静电式和压电式三种主要实现方法,指出了微型发电机的发展趋势。