PLZT陶瓷在多能场耦合下的光致伸缩效应

为了消除高能光束照射下镧改性锆钛酸铅(PLZT)陶瓷的光致形变与光生电压之间的迟滞现象,建立了一种多能场耦合下的新型光致伸缩本构方程,实验研究了影响该迟滞现象的各种因素。首先,对光照作用下光-电-热-力多能场耦合作用进行理论分析,建立了光致伸缩效应的本构关系;然后,对反常光生伏特效应、光焦热效应、热释电效应、热膨胀效应以及压电效应进行理论推导,得到了新型的光致伸缩本构方程;最后,通过温度屏蔽实验和光致伸缩静态实验验证了提出的本构方程。实验表明:PLZT陶瓷表面的温升是造成迟滞现象的主要原因;实验曲线变化趋势与理论结果一致,显示理论模型合理;消除温度影响后,实验所用PLZT样品的光致形变达到饱和所用的时间约为10s。结果表明,降低PLZT陶瓷表面的温升能有效消除迟滞现象,提高光致形变响应速度;建立的光致伸缩本构方程为PLZT陶瓷驱动控制研究提供了理论基础。     

多场耦合下PLZT陶瓷光致电场效应及其应用

针对现有数学模型对高能紫外光束照射下PLZT陶瓷光生电压实验变化规律无法进行合理解释的问题,基于多物理场耦合机制分析构建了PLZT陶瓷多场耦合下的光致电场数学模型,并对光致电场实验曲线进行了理论分析,然后针对光生电压控制提出了单片PLZT陶瓷ON-OFF闭环控制和双片PLZT陶瓷双光源协调激励控制策略,取得了较好的控制效果,探讨了PLZT陶瓷作为光控非接触式电动势源的可行性以及在微机电系统供能器件的应用前景,在此基础上,提出了光电-静电复合驱动微镜和PLZT陶瓷-介电弹性薄膜复合驱动的光控微泵装置.     

双层矩形微板谐振器件中热弹性阻尼机理研究

基于Bishop和Kinra的理论框架,利用积分变换法,建立了周边固定条件下,双层矩形微板谐振器中热弹性阻尼解析模型。通过与先前解析模型以及有限元数值模型进行比较,验证了本文模型的有效性。结果分析表明:当基层材料与镀层材料的Zener模量相差较大时,热弹性阻尼频谱曲线会出现两个波峰;双层板的厚度对热弹性阻尼有很大的影响;当微板的厚度不变时,所得热弹性阻尼频谱曲线不随其他结构几何参数变化。     

微流体惯性开关用磁流变液流动特性分析

针对目前微流体惯性开关流动电极材料单一、阈值较低且无法调节等问题,以磁流变液为流动液体,提出一种高ｇ值,且阈值可调的微流体惯性开关。首先对磁场环境下磁流变液的阈值特性、速度分布和流动特性进行了理论建模和数值模拟,并对 MRF-123AD磁流变液在矩形微通道中的流动特性进行有限元仿真。数值模拟和仿真结果表明:调控外加磁场可调 节基于磁流变液的微流体惯性开关的阈值大小,且磁流变液的流速随着外加磁场的增大而变小,具有微阀功能,阈值可调范围为0~ 2885ｇｎ,可用于高g值、宽阈值的微流体惯性器件。     

锆钛酸铅镧陶瓷光致微位移的闭环伺服控制

利用锆钛酸铅镧(PLZT)陶瓷的光致形变效应,提出了一种光控微位移伺服系统,并通过实验对其闭环伺服控制特性进行研究。建立PLZT陶瓷光致微位移闭环伺服系统的多物理场耦合数学模型,通过静态实验对光照与光停阶段PLZT陶瓷光致形变表达式进行了参数识别。搭建了PLZT陶瓷光致微位移闭环伺服控制实验平台,基于ON-OFF控制策略,在不同光照强度下对PLZT陶瓷的光致微位移进行了闭环伺服控制实验。结果表明,通过对紫外光源施加ONOFF控制,能够实现PLZT陶瓷输出位移的闭环伺服控制。PLZT陶瓷输出位移曲线在伺服控制阶段出现超调量之后,围绕目标值上下波动。光致微位移伺服系统的响应速度、超调量与波高随着光照强度的增强而增加;在400mW/cm2光照强度下,PLZT陶瓷输出位移到达目标值的时间仅为100mW/cm2光照强度下的20%。实验结果为PLZT陶瓷在微驱动方面的工程应用奠定了基础。