Effect of poling on piezocatalytic removal of muti-pollutants using BaTiO3

The BaTiO₃ powder was prepared via a solid-state reaction route. It was studied for the degradation of bacterial cells, dye, and pharmaceuticals waste using ultrasonically driven piezocatalytic effect. The bacterial catalytic behavior of poled BaTiO₃ was remarkably increased during ultrasonication (10% E coli survival in 60 minutes). The structural damages were illustrated using scanning electron micrographs of bacterial cells which demonstrated morphological manifestations under different conditions. Methylene blue (MB dye), ciprofloxacin and diclofenac were also cleaned using the piezocatalytic effect associated with the poled BaTiO₃ powder. Around 92, 85, and 78% of degradations were observed within 150 minutes duration for methylene blue, ciprofloxacin, and diclofenac, respectively.     

纳米级XY微定位平台的设计与研究

为了实现二维平面纳米级定位,研制了一台压电陶瓷驱动和弹性铰链导向的一体化微定位平台.该微定位平台具有高刚度、高响应速度和高分辨率等优点.为了克服压电陶瓷驱动器伸长量较小的不足,采用杠杆放大机构增加微定位平台的位移输出.考虑驱动电路的影响,建立了微定位平台的机电耦合模型.通过试验研究了微定位平台的静动态特性,试验结果表明微定位平台的分辨率为5nm,固有频率分别为143Hz和180Hz.该微定位平台可应用于纳米级的微定位.     

RAINBOW压电陶瓷与形状记忆合金的集成

采用物理气相沉积法在RAINBOW压电陶瓷上沉积了形状记忆合金膜,分析了不同制备工艺对膜层的影响,优化了工艺参数.划痕试验结果、XRD图谱以及电镜照片表明,膜层质量较好,而且与RAINBOW压电陶瓷还原层能形成良好的结合界面,为今后形状记忆合金（SMA）与RAINBOW压电陶瓷的进一步集成设计提供了可靠的依据.     

无铅压电陶瓷及其应用研究

随着社会可持续发展战略的实施和人们环境意识的加强，无铅压电陶瓷及其应用已成为了当前铁电压电材料及其应用研究的热点。本文根据近期国内外有关无铅压电陶瓷的发展，结合本课题组肖定全教授等近年在无铅压电陶瓷的研究，对无铅压电陶瓷的研究进展及应用现状进行了综述，重点介绍了BaTiO3基、Bi1／2Na1／2TiO3基、碱金属铌酸盐基、钨青铜结构和铋层状结构五大体系无铅压电陶瓷的性能、本课题组主要发明的无铅压电陶瓷体系以及BNT基无铅压电陶瓷在滤波器上的应用和发展前景。     

基于压电晶体的高效电能转换设备设计

为了高效地利用风能和雨能，设计了通过压电传感器组件a将风或雨的能量转换为电能的装置。该装置可为负载和蓄电池供电，它的分辨力高，即使是弱风和小雨产生的微压也能进行电能转换。当压电晶体板d或e受压时，小齿轮顺时针或逆时针旋转；当压电晶体b或c受压时，液压缸伸长或收缩。在液压缸和小齿轮的作用下，压电晶体板a所在平面的法线自动调整到正好与风和雨的方向一致，从而增大了电能转化率。     

压电微固体模态陀螺的安装技术

压电微固体模态陀螺（ PMMG）利用压电PZT长方体的某高阶共振模态作为参考振动,是一种抗冲击、抗震动能力强的新型全固态陀螺。获得优化的参考振动振型对提高陀螺性能至关重要,但是大多数文献都没有涉及到封装对参考振动的影响。利用有限元方法（ FEM）分析了压电振子安装时支撑点位置与接触面积对参考振动的影响,分析结果表明：相对于接触面积的变化,支撑点位置的变化对陀螺参考模态的影响更大。该研究结果为压电微固体模态陀螺的安装方法提供了理论基础。     

全叉指电极d33模式压电悬臂梁俘能器研究

为了克服表面叉指电极d33模式微机电系统(MEMS)悬臂梁振动俘能器中存在的压电材料极化不完全、存在弯曲电场等问题,提出了一种电极贯穿于整个压电层的全d33模式MEMS悬臂梁振动俘能器.根据机电耦合模型,分析了电极尺寸与材料厚度对压电俘能器输出功率的影响.优化结果表明:当硅基底厚度为20μm、电极宽度1μm时,电极间距最优范围为25～75 μm,PZT材料最优厚度为7μm,归一化后得到功率密度为34.5mWcm-3gn-2.通过在表面叉指电极d33模式俘能器的基础上增加电镀电极工艺,设计了不锈钢基底的全d33模式MEMS俘能器的工艺流程,完成了部分单元工艺.     

表面部分电极含金属芯压电纤维气流传感特性研究

含金属芯压电纤维可以模仿昆虫的毛发感受器,感知周围环境的气流变化。在含金属芯压电纤维的部分纵向表面涂镀电极,制备了表面部分电极含金属芯压电纤维传感器PMPF（Partial electrode of Metal core Piezoelectric Fiber）。基于平均电荷法,建立了悬臂梁结构PMPF准静态气流传感模型,分析了PMPF产生的电荷值与表面电极分布角度、纤维长度、气流流速和气流方向的关系。搭建了实验系统,测试了PMPF对冲击气流的响应,验证了理论模型。结果表明,PMPF的传感信号和气流流速成指数关系,和气流方向成“8”字形关系。PMPF具有气流速度和方向的传感性能。     

一种简易心肌细胞活跃度检测单元设计

基于压电薄膜传感器,提出并设计一套心肌细胞活跃度检测单元,该系统包含心肌细胞搏动信号前端采集单元,并加入合理的数字滤波算法对采集到的信号进行滤波。经过可靠的CAN总线传输,将处理后的数据送到后端触摸屏显示;后端控制单元可接受触摸屏输入信号,通过CAN总线将控制信号送到前端,从而实现培养液供给的智能控制。通过系统整体方案设计,前后端单元的硬件电路设计以及相应控制算法的软件开发,经初步试验,实现心肌细胞搏动参数实时检测和显示,为心肌细胞搏动参数实时观察以及无菌化、无污染的智能化小规模培养提供一种有效途径。     

微型之字形压电式能量收集器输出电压的建模和仿真

为了有效解决无线传感器网络节点的供电难题,提出之字形结构的微型压电式能量收集器。相比于传统的直悬臂梁,此结构等效加大了压电梁的长度,降低了系统的固有振动频率。建立了之字形压电梁的本构方程和受迫振动方程,推导得到其输出电压的频域表达式。基于之字形压电梁的结构,利用ANSYS软件对其进行了谐响应分析。仿真结果表明,压电梁的输出电压在各阶固有振动频率处存在极值,符合理论分析的结果;输出电压大小随压电梁长度增加而降低,随压电梁宽度增加而升高,但均为非线性关系;压电梁末端质量块的长度和厚度、基体层厚度减小时,会导致输出电压的增大。在论文中所提出的结构尺寸下,10根直梁构成的之字形结构压电梁,在其一阶固有振动频率处,输出电压可达10 V以上,符合无线传感器网络节点的实际供电需求,证明了之字形压电梁结构的有效性。