PZT纳米梁的制造和压电信号测试

压电纳米器件具有体积小、灵敏度高、可集成度高等优点.阐述了同轴聚焦电流体喷射打印技术的原理,研究了电压、内液流量、喷针与衬底的距离对打印线结构的尺寸与形状的影响.根据实验结果,设置电压为5.7 kV,内液流量为70 nL/min,喷针与衬底的间距为17 mm,打印出直径约80 nm,长度约70μm的PZT纳米梁.此外,采用探针台、电荷放大器和数字万用表搭建的检测装置,测试分析了单根PZT两端固支梁的压电信号,当梁中点的变形约3μm时,产生的电荷量达到10-4 pC量级.     

MEMS兼容PZT压电厚膜的性能测试

丝网印刷法制备PZT厚膜工艺与MEMS技术兼容.通过调整PZT印刷浆料粘度,并采取多次套印、多次退火及合理的烧结工艺,在硅膜片上获得了较致密的PZT厚膜.采用悬臂梁方法对制备的Ag/PZT/SiO2/n+Si结构复合压电厚膜进行了直接测试,结果表明PZT压电厚膜的压电常数d31可达70×10-12m/V,以此方法制备的压电厚膜适合作为MEMS执行器的微驱动元件.     

硅基PZT压电功能结构研究

PZT压电薄（厚）膜是制备MEMS传感元件和执行元件重要的功能材料,对近年PZT薄（厚）膜在MEMS领域的研究现状进行了分析,提出了一种新型的双杯PZT/Si膜片式功能结构;采用有限元方法对双杯PZT/Si膜片进行了结构优化,得到PZT和上、下硅杯的结构优化值为DPZT: D1:D2 =0.75:1.1:1;一阶模态谐振频率为13.2KHz;以氧化、双面光刻、各向异性刻蚀,以及PZT厚膜丝网印刷等工艺技术制作了双杯硅基PZT压电厚膜膜片,该膜片具有压电驱动功能。双杯PZT/Si膜片式功能结构的MEMS技术兼容性好,对芯片内其它元件或电路的影响小,适合作为MEMS片内执行元件的驱动机构。     

硅基PZT压电驱动扫描微镜的设计与优化

设计并研究了一种硅基PZT压电悬臂梁驱动扫描微镜器件.这种扫描微镜采用单晶硅平面微镜面作为光扫描反射元件,由硅基压电复合弹性悬臂梁作为驱动机构控制水平微镜面偏转实现光信号的扫描.整个光扫描微器件可以阵列方式集成在单个硅芯片上,形成光扫描器阵列.采用数值有限元分析的方法模拟和优化了压电复合弹性悬臂梁驱动扫描微镜的力学性能.分析表明,微镜偏转角与压电悬臂长度和工作电压呈线性关系.在研究了影响光学扫描微镜机电性能各项因素的基础上,给出了器件结构优化的方法.     

流延法制备0-3型PZT/PVDF压电复合膜的微观结构及性能

采用流延法制备了不同配比的0-3型PZT/PVDF压电复合膜材料,利用扫描电镜观察微观组织,用X射线衍射仪进行物相分析,并研究了PZT与PVDF的配比对压电复合膜材料压电性能的影响。结果表明:流延法制备的0-3型PZT/PVDF压电复合膜材料的结构均匀致密,无杂质相,PZT的分散性良好;随着PZT体积分数的增加,PZT/PVDF压电复合膜材料的压电常数、介电常数、介电损耗、机械品质因数均逐渐增大;在1kHz的测试频率下,当PZT体积分数达到70%时,复合材料综合性能最佳。     

基于压电增益特性进行梁中缺陷的识别

驱动元件PZT片和传感元件PVDF膜粘贴于自由梁表面,通过测试压电增益,试验获取梁中不同缺陷尺寸下的固有频率,根据固有频率的变化,实现缺陷的识别,梁中的缺陷采用等效线性弹簧模拟,描绘出不同模态下刚度与缺陷可能位置曲线,根据曲线的交点,得出缺陷位置与尺寸,相比于实际的缺陷位置与尺寸,自由梁弯曲激振下识别的结果满足一定的精度。     

压电智能梁的静态耦合模型

利用力平衡原理，建立了单面粘贴有压电致动器的梁结构的静态拉伸－弯曲耦合模型，在分析过程中，考虑了梁与致动器之间粘贴层的影响。通过分析可得，粘贴层剪切应力的分布与致动器中附近的应变分布有相似的特征。随着粘贴层的剪切模量的增加或其厚度的减小，剪切力在靠近坟电致动器部分端部区域迅速增大。     

基于激光多普勒技术的PZT薄膜压电性能测试研究

应用基于激光多普勒技术的微小形变分析方法,并引入数字锁相技术,成功实现了PZT(Pb(Zr,Ti)O₃)铁电薄膜的压电性能测试。对商用压电陶瓷在小信号激励下的压电性能测试表明,数字锁相技术的引入能有效抑制系统噪声,并提高激光多普勒系统的位移检测分辨率,使其达到皮米量级。此外,研究了用溶胶-凝胶技术和溶胶-电雾化技术制备得到的PZT薄膜的电压-位移曲线和压电位移"蝴蝶线",实验结果表明:在5 V直流偏置下测得两种方法制备得到的PZT薄膜的d₃₃压电系数分别为218.7 pC/N和215.8 pC/N,相应的标准偏差分别为12.7和28.6。     

基于AFM的纳米梁杨氏模量和残余应力测量

针对同一工艺流程下相同杨氏模量和残余应力的双端固支梁阵列,建立了简化的杨氏模量和残余拉应力的弯曲测试模型,并将应力刚化理论应用到几何非线性有限元分析中用于上述模型的理论误差评价.提出将拉曼频移测试与原子力显微镜(AFM)弯曲测试相结合的实验方案,首先利用拉曼频移判断结构中的应力拉压性质,随后利用AFM测量梁阵列的弹性系数,最终利用MATLAB求解超定方程组的方法解得梁阵列的杨氏模量和残余应力,测试结果证明了该实验方案的可行性.     

变截面压电智能梁的频率分析

建立了变截面压电智能梁的动态模型,分析了表面粘贴压电元件的均质梁的固有频率。在分析中考虑了压电元件和粘结层的影响,同时,还考虑了梁的剪切变形和转动惯量。研究表明,压电元件的刚度和惯量对梁的频率影响很大,粘结层剪切的弹性模量对一阶频率影响较小;当考虑梁的剪切变形和转动惯量时,则对梁的高阶频率影响较大。     

压电PZT薄膜上超细电极的制备

压电PZT薄膜具有横向压电系数大,与MEMS工艺兼容性高等优点,在制作以压电PZT薄膜为核心的MEMS器件,如压电应力光开关时,需要将电极宽度缩小至10μm,甚至5μm,但长度仍需保持在8000μm,电极长宽比达1600:1.针对目前MEMS器件应用需求,提出使用双层光刻胶剥离法来实现超细电极的制备,使用溶胶凝胶法制备压电PZT薄膜作为电极沉积衬底,研究了电极剥离的工艺流程并对电极进行性能测试.结果表明,双层光刻胶剥离法可以在溶胶凝胶法制备的压电PZT薄膜上制备长8000μm、宽5μm的电极,电极剥离完全,图形完整,可以实现双端导通.     

压电PZT薄膜上超细电极的制备

压电PZT薄膜具有横向压电系数大,与MEMS工艺兼容性高等优点,在制作以压电PZT薄膜为核心的MEMS器件,如压电应力光开关时,需要将电极宽度缩小至10μm,甚至5μm,但长度仍需保持在8000μm,电极长宽比达1600:1.针对目前MEMS器件应用需求,提出使用双层光刻胶剥离法来实现超细电极的制备,使用溶胶凝胶法制备压电PZT薄膜作为电极沉积衬底,研究了电极剥离的工艺流程并对电极进行性能测试.结果表明,双层光刻胶剥离法可以在溶胶凝胶法制备的压电PZT薄膜上制备长8000μm、宽5μm的电极,电极剥离完全,图形完整,可以实现双端导通.     

压电PZT薄膜上超细电极的制备

压电PZT薄膜具有横向压电系数大,与MEMS工艺兼容性高等优点,在制作以压电PZT薄膜为核心的MEMS器件,如压电应力光开关时,需要将电极宽度缩小至10μm,甚至5μm,但长度仍需保持在8000μm,电极长宽比达1600:1.针对目前MEMS器件应用需求,提出使用双层光刻胶剥离法来实现超细电极的制备,使用溶胶凝胶法制备压电PZT薄膜作为电极沉积衬底,研究了电极剥离的工艺流程并对电极进行性能测试.结果表明,双层光刻胶剥离法可以在溶胶凝胶法制备的压电PZT薄膜上制备长8000μm、宽5μm的电极,电极剥离完全,图形完整,可以实现双端导通.     

Ansys在PZT压电薄膜微传感器压电分析中的应用

研究的PZT压电薄膜微传感器采用的弹性敏感元件为微悬臂梁结构,在压电原理和材料力学理论的基础上,采用简化的等效微器件结构建立了数学分析模型,将有限元方法发展应用于压电材料的结构分析中,并运用有限元软件Ansys7.0对PZT压电薄膜微悬臂梁结构的传感性能和线性度进行了模拟,同时分析了微悬臂梁结构的几何参数对输出电压的影响,这些分析结果和解析预测是一致的。     

PZT压电薄膜微传感器的优化设计

通过经验设计出压电薄膜微传感器的基本结构，研究了压电薄膜微传感器的工作原理，选定了优化参数和优化目标；然后利用有限元软件ANSYS7.0进行优化设计，对压电薄膜微传感器的结构尺寸对其线性度和灵敏度的影响进行分析；结合微电子工艺的要求，选定了一个比较合理的结构尺寸，模拟了它的线性度和灵敏度。     

PZT厚膜压电悬臂梁结构的有限元分析

设计了一种硅微悬臂梁结构,在低频环境中以压电厚膜进行信号转换、谐振.使用有限元分析软件ANSYS对结构建模,并进行模态和谐响应分析.模拟分析的结果表明通过制备添加金属质量块及选择合理的尺寸范围,结构固有频率可在100～1500Hz之间;该结构在共振条件下将运动信号转换为电压信号输出时,电压可达0.4V以上,足以开启双锗二极管进行电路整流.     

PZT压电陶瓷凝胶注模成型的研究

为探索压电陶瓷的最佳成型工艺,对PZT压电陶瓷材料进行凝胶注模成型实验,通过调节pH值、分散剂的含量,获得高固相比、低粘度的浆料.当分散剂的量为PZT粉体的0.25～0.35wt%、pH值为8～9时,制备出50vol%的流体浆料、成型的陶瓷的体密度达7.523g/cm3.结果表明高固相低粘度浆料的制备是凝胶注模成型的工艺关键因素.     

压电促动器的研制及其减振效果

基于压电叠堆的结构特征,设计并研制了压电促动器,确定了压电促动器的最佳预紧力;将该预紧力下的压电促动器与惯性质量块连接组成惯性式压电促动器,研究了其减振效果.结果表明:压电促动器的最佳预紧力为225 N,该预紧力下的最大输出位移为10.35μm;在压电促动器最大输出位移为10.35μm、惯性质量块质量为130 g的减振...