压电陶瓷为动力源的压电马达与驱动器

介绍了一种新的驱动器－压电超声马达,压电驱动器及它的工作原理,特点;介绍了我们所研制和发展的数种新型压电马达,压电驱动以及所做的一些应用工作,评价了压电马达的发展趋势和应用前景。     

国外压电陶瓷声马达的发展近况

压电陶瓷声马达是一种利用压电陶瓷基片基片或薄膜,电致伸缩材料等功能部件实现驱动的新型驱动器,它不同于传统的电磁马达和静电马达,国外已经在精密仪器,航天航空,自动控制,办公自动化,微型机械系统,微装配,精密定位等领域得到了实际应用,总结了国际上压电陶瓷声马达的最新研究内容及成果,并提出了进一步开发研究的几点建议,这对我国压电声马达的研究以及相应产品的开发将起到积极的促进使用。     

一种高分辨力、大行程微驱动压电马达

样机采用叠片式压电驱动器作为驱动源,利用一对夹爪与丝杠之间的惯性滑移效应实现纳米级微位移驱动,而用丝杠副实现自锁。微位移测量采用高精度电感式测微仪与光学干涉仪。样机平均位移分辨力为5～15nm,驱动力60N,行程15mm。分析表明,对性能的主要影响因素是驱动脉冲参数及丝杠的爬行现象,这为LSPM的进一步优化提供了依据。     

压电及铁电陶瓷应用研究的某些进展

对压电陶瓷在声马达、机敏及智能器件中的应用研究进展作了简要综述,特别介绍了压电陶瓷/金属复合薄板振动模式、声马达振动模式的有限元分析等研究的新成果。同时,对驰豫铁电陶瓷的研究进展也作了评述。     

压电陶瓷应用研究进展

阐述了压电陶瓷在振子、换能器及光电等方面的应用及近年来所取得的最新成果；给出了具体的最新应用实例。     

晶体结构对压电陶瓷微位移驱动器特性的影响

对钙钛矿结构的ＰＺＴ－５和钨青铜结构的ＰＢＮＮ二种压电陶瓷制成的压电微位移器进行了电压－位移特性的比较和分析，发现我们所研制的ＰＢＮＮ压电微位移器具有线性好、回零好、等优点。     

具有大驱动位移的复合结构型PZT压电陶瓷

采用PZT作为基体材料,通过化学还原的方法制备了具有大位移驱动能力的复合结构型压电陶瓷。研究了其预制应力的分布,探索了还原制备工艺,测试了驱动性能。结果表明,复合结构的优化设计方案是,还原层厚度比率为0.3;与普通压电陶瓷驱动器相比,复合结构型PZT压电陶瓷具有较低的谐振频率,驱动位移量提高3倍多;还原层相结构中存在二次氧化的基体相,表明其还原工艺仍需改进。      

陶瓷驱动器的发展与展望

本文简要介绍了目前研究较多的几种陶瓷驱动器,包括多层片式、d31(d33)双(单)晶片式、陶瓷-金属复合模式、RAINBOW等,并对它们各自的优缺点进行了简单的评述。同时介绍了用于制作驱动器的几种主要陶瓷材料。     

双重驱动机器人柔性手臂的研究

本文研究了机器人柔性手臂的实验系统,针对柔性臂的振动问题和定位精度问题,提出了在单个关节柔性臂上实现宏／微结合双重驱动的基本思想。用伺服电机实现柔性臂的宏动,用压电陶瓷驱动器实现柔性臂的微动,通过有效地控制伺服电机和压电陶瓷驱动器抑制柔性臂的振动,并完成柔性臂的精密定位。     

Electromechanical analysis of piezoelectric bimorph actuator in static state considering the nonlinearity at high electric field

This article contains electromechanical analysis of a piezoelectric bimorph actuator at high electric field by incorporating second-order constitutive equations of piezoelectric material. Tip deflection, block force, block moment, block load, output strain energy, output energy density, input electrical energy, and energy efficiency are analytically derived for the actuator at high electric field. The analysis shows that output energy and energy density increase more rapidly at high electric field, compared to the prediction by the linear model. The analysis shows energy efficiency depends on electric field. Some analytical results are validated with the published experimental results.     

逆压电效应的压电常数和压电陶瓷微位移驱动器

本文介绍了由过压电效应的应变-电场曲线测得弱场和强场下的压电常数d₃₃、d₃₁．测量发现S～E曲线上呈现应变和压电系数突增的阈值场强E_b,用铁电陶瓷固有的90°畴转向对应变的贡献进行了分析和讨论．该方法与以往常用的正压电效应的压电常数测试相比,方便、简单,尤其对过压电效应的压电微位移驱动器应用更具有实际意义．     

高控位精度横向模压电微位移器的研究

介绍了d31横向伸缩模式压电徽位移驱动器的制作过程,应用高稳定的填满钨青铜型压电陶瓷作为该器件制备的基料,利用P-F干涉仪原理测量了电场-位移特性曲线,由此计算了压电常数d31并进行了讨论。该器件具有电控应变(位移)线性度高、滞后量小以及结构简单、制作工艺方便等特点,它在精密光学等技术领域有一定应用价值。     

压电式纳米发电机及其混合器件的研究进展

随着化石能源的过度使用和开采,随之而来的能源和环境问题也日益尖锐,而人们对能源的需求不减反增,因此寻求一种新型的绿色可持续能源是非常必要的。环境中的能量十分丰富,因此从环境中收集能量进行转化是十分有前景的方法。压电材料在受到外界作用发生机械变形时,能实现机械能向电能的转化,因此,压电式纳米发电机作为一种潜在的可持续、绿色能源,近年来受到广泛关注。从压电材料的分类入手,结合其制备方法、结构和性能等,对近年来一些研究成果进行了概述,详细评价了不同制备方法、结构对压电式纳米发电机压电性能的影响,并对今后发展进行了展望。     

五腔串联压电泵的设计制作与试验

为提高压电泵的输出能力,提出一种多腔串联压电泵,并从理论和试验两方面进行了研究.理论分析表明,在其他条件确定时,多腔串联压电泵的输出压力与泵腔数量n成正比,输出流量与姨%n成正比.设计制作了金属阀五腔串联压电泵,并以水为工作介质测试了工作腔数量不同时的输出特性.结果表明,压电泵工作腔数量不同时,存在不同的最佳工作频率使其输出压力或流量最大,且压力最佳频率及流量最佳频率均随工作泵腔数量的增加而增加,但增加幅度不同;在最佳频率时,五腔串联泵输出压力及流量均与工作腔数量成正比.在电压为150 V、工作频率为最佳频率时,5腔工作时的最大压力和流量分别为100 kPa和246.54 mL/min,分别为单腔工作时的6.7倍和4.2倍.     

基于双ZnO薄膜单元并联结构的微型压电振动能量采集器(英文)

报道了一种基于ZnO压电薄膜双单元结构的压电式微型振动能量采集器,其中的双压电元件是并联结构.采用射频磁控溅射技术制备ZnO压电薄膜,同时,该压电式振动能量采集器采用微加工技术制作.测试表明该器件的共振频率为1 300 Hz,基于ZnO薄膜双单元并联结构的压电式振动能量采集器比起具有同样尺寸的传统型压电振动能量采集器有更高的输出性能.在频率为1 300 Hz,加速度为10 m/s2的外界振动激励下,该压电式振动能量采集器在1 MΩ负载电阻上产生的电压为2.06 V;当负载电阻为0.6 MΩ时,输出功率最大为1.25μW.     

(Na,K)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷的结构与性能研究

研究了K0.5Bi0.5TiO3(KBT)含量对Na0.5Bi0.5TiO3-K0.5Bi0.5TiO3(BNKT)无铅压电陶瓷的显微组织结构及压电性能的影响规律,结果表明随KBT含量增加,BNKT无铅压电陶瓷的晶胞参数增大,密度减小,晶粒尺寸减小,居里温度从326℃升高到360℃,压电常数、介电常数和介电损耗增加,机械品质因数下降;KBT含量为0.15mol的(Na0.85K0.15)0.5Bi0.5TiO3无铅压电陶瓷位于准同型相界处,具有较佳的压电性能.     

塑料对0－3型锆钛酸铅压电复合材料性能的影响

研究了不同塑料尼龙１０１０和Ｅ－２０环氧树脂与锆钛酸铅（ＰＺＴ）复合而成的压电复合材料的压电性能，结果表明，尼龙１０１０－ＰＺＴ压电复合材料比Ｅ－２０环氧树脂－ＰＺＴ具有较低的饱和极化电场和较短的饱和极化时间，而且前者比后者具有更高的压电常数。     

多相周期压电纤维复合材料反平面变形问题的解析解

研究了具有周期微结构的多相压电纤维复合材料在反平面变形下的电弹性场。通过在各非均匀相内引入非均匀的广义本征应变,将原问题等价为带有周期广义本征应变的均匀介质问题,建立了两者间的等价条件。利用等价问题各区域交界处的广义应力连续条件和广义位移协调条件,并结合双准周期Riemann边值问题理论和等价条件,获得了各相材料电弹性场的解析解,进而由平均场理论预测了材料的有效压电系数。比较了相同压电材料体积分数下中空压电纤维、碳芯压电结构纤维和实心压电纤维复合材料有效压电系数的差异,讨论了压电结构纤维中非压电芯刚度及压电结构纤维与基体间涂层的刚度对有效压电系数的影响。研究结果可为高灵敏度压电复合材料的设计提供有价值的参考。     

压电半导体纳米材料在声动力疗法中的应用进展

随着纳米医学的发展, 利用纳米材料在外源超声波的刺激下催化产生过量的活性氧物种(Reactive Oxygen Species, ROS)以治疗疾病的方法, 被称为声动力疗法(Sonodynamic Therapy, SDT), 已引起人们的广泛关注。目前, 开发可用于SDT的高效声敏剂用于提高ROS产率, 仍然是当前研究和未来临床转化的最大挑战之一。近年来, 得益于压电电子学和压电光电子学的兴起, 基于压电半导体纳米材料的新型声敏剂在SDT中崭露头角, 显示出良好的应用前景。本文从压电半导体的结构出发, 介绍了压电半导体纳米材料应用于SDT的机理研究, 以及利用压电半导体纳米材料作为声敏剂在声动力学癌症治疗及相关抗菌性能方面所取得的研究进展。最后, 本文对该领域存在的问题以及未来的发展趋势进行了展望。