弛豫铁电单晶超声电机的仿真与试验研究

弛豫铁电单晶以其良好的压电性能和低温适应性成为超声电机性能提升理想的替代材料。由于单晶物理性能的各向异性,在单晶超声电机设计过程中必须考虑振幅均匀性和振型干扰问题。该文通过对两种具有振幅均匀性的单晶切向进行压电、介电、弹性性能的计算和有限元分析,分析了单晶超声电机定子的工作频率、振幅和振幅均匀性;设计制作了单晶超声电机样机,并对其进行了测试。结果表明,20mm单晶超声电机堵转扭矩达到0.057N·m,优于同直径的压电陶瓷超声电机。     

弛豫铁电单晶三轴加速度传感器

该文提出了一种适用于低频测试的弛豫铁电单晶三轴加速度传感器的结构形式,加速度传感器每个坐标轴由一个单晶弯曲梁敏感元件组成。通过有限元仿真分析了弯曲梁结构中的单晶层厚度、基梁金属层厚度及基梁材料等结构尺寸参数对谐振频率及加速度灵敏度的影响,找到最优结构尺寸,研制了弛豫铁电单晶三轴加速度传感器样品并进行测试。测试结果表明,弛豫铁电单晶三轴加速度传感器各个方向的一致性良好,加速度灵敏度达86.1 mV/(m·s^-2),可以工作在10～400 Hz的低频段。     

基于弛豫铁电单晶的红外热释电探测器研究

研究了新型热释电材料驰豫铁电单晶(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMNT)的低损伤减薄工艺、电极成型和耦合封装等关键技术,研制了基于PMNT的单元热释电探测器。对减薄后约30μm晶片材料性能的测试分析表明,部分样品的热释电系数约为9.0×10-4 C/m2 K,无明显衰减。采用低噪声电路提取单元探测器的微弱热释电电流,对所研制的单元探测器性能进行了测试分析。     

弛豫铁电单晶PMNT压力稳定性的研究

采用密闭油腔产生静压力,样品置于油腔内,测试了(001)切型弛豫铁电单晶0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3(简写为PMNT67/33)的介电常数和静水压压电常数的压力稳定性。结果显示:随压力增大,εr缓慢增加,压力在10MPa内其相对变化小于1.8×10-2,tgδ无显著变化;压电常数dh和gh先显著下降,至2MPa后趋于稳定。结果表明,弛豫铁电单晶PMNT施加一定的预应力后,性能随静压力的变化趋于稳定。     

弛豫铁电单晶PZNT91/9的生长与畴结构研究

采用熔剂-坩埚下降法生长了91%Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-9%PbTiO3(PZNT91/9)(摩尔分数)弛豫铁电单晶,PbO助熔剂摩尔分数控制在50%左右。所得晶体被PbO助熔剂包裹,将其浸泡在热HNO3中1～2天即可除去PbO。晶体呈浅黄色,具有明显的结晶学生长面。晶体沿(001)面切出数片,晶片质量明显好于通气Bridgman法生长的PZNT单晶。偏光显微镜可观察到71°、90°、180°畴或微畴区。晶片极化条件为:垂直于C面施加1kV/mm的电场并保持10～15min。     

弛豫铁电单晶热释电探测器读出电路的设计

以(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMN-xPT或PMNT)(PMN-xPT,或PMN-PT)为代表的弛豫铁电单晶具有非常高的热释电系数、比较低的热扩散系数、比较稳定的化学性能,是一种综合性能优异的热释电材料.利用弛豫铁电单晶可以制备出高性能的红外光传感器,针对用这种新型热释电材料制成的红外...     

弛豫铁电陶瓷PST中反相畴结构的HREM研究

本工作用高分辨电子显微学方法研究了弛豫铁电陶瓷Ｐｂ（Ｓｃ０．５Ｔａ０．５）Ｏ３（ＰＳＴ）中的有序－无序结构，直接观察到有序－无序结构畴界及反相畴界（ＡＰＢｓ），对反相畴界的结构进行了分析，指出在ＰＳＴ中的反相畴往往是（１１１）面的层错，晶格位移在（１１１）方向上，位移量是１／２（１１１）。提出了在ＰＳＴ中ＡＰＢｓ形成的机制。     

基于层合梁结构的弛豫铁电单晶矢量水听器

为了满足低频高灵敏度声矢量接收需求,提出并研制了一种具有层合梁结构的弛豫铁电单晶二维同振型矢量水听器.矢量通道分别由两个正交的单晶层合梁加速度传感器组成,其中层合梁结构是通过在金属悬臂梁中引入阻尼层形成.通过有限元仿真分析了层合梁结构中单晶层厚度、阻尼层杨氏模量等参数对谐振频率及加速度灵敏度的影响.研制了多种加速度传感...     

新型压电单晶与电声换能技术的发展

弛豫铁电单晶PMNT具有优异的压电性能，它可以替代传统的压电陶瓷，在声呐探测，超声成像，高应变驱动器等方面得到广泛的应用。我们已经成功地生长地了尺寸为φ40&;#215;80mm的PMNT单晶，其主要性能为，压电系数d33&;gt;3000pC/N，介电常数ε-5000，损耗tanδ&;lt;0．9％，纵向长度伸缩机电耦合k33-94%，厚度伸缩机电耦合kt-62%，我们成功地制备出了在电声成像系统中的PMNT单晶压电换能器，使探测器的电声信号幅度有显著提高，充分显示了新型压电单晶在电声换能技术中具有巨大的应用前景。     

PBSZT弛豫铁电陶瓷偏压压电效应的研究

研究了镧和铋掺杂的锆钛酸铅钡锶（ＰＢＳＺＴ）弛豫铁电陶瓷在不同直流偏压及温度下的介电常数ε３３、平面机电耦合系数ｋｐ 和等效横向压电常数ｄ３１。实验表明,ＰＢＳＺＴ弛豫铁电陶瓷的ｄ３１值可由直流偏压控制且温度系数远小于ＰＭＮ－ＰＴ系陶瓷。室温下镧和铋掺杂的ＰＢＳＺＴ陶瓷在１０ ｋＶ／ｃｍ 的偏压下｜ｄ３１｜分别为２１０ ｐＣ／Ｎ和２２０ ｐＣ／Ｎ。     

压电电磁复合式振动能量采集器模型的研究

针对目前单一化的压电式或电磁式机械振动能量采集装置最大输出功率较低的问题,设计了一种新型的压电电磁复合式能量采集器。通过对复合式能量采集器建立数学模型,推导出了电压、电流及输出功率的表达式。然后对复合式能量采集器的输出功率特性进行数值仿真,并设置压电片内阻值及其他参数条件,对比分析复合式能量采集器模型与单一的压电式或电磁式能量采集器模型,理论上输出功率提高了38.2%和4.74%。最后通过对采用悬臂梁结构的振动能量采集器的具体实验数据进行分析,论证了压电电磁复合式能量采集器输出功率的高效性。     

基于压电材料的振动能量收集器的谐振频率调节

振动能量收集器的最大输出电压发生在共振状态,因此其谐振频率应与环境振动频率一致.针对振动能量收集器与环境频率不匹配的问题,采用单自由度模型分析了悬臂梁-质量块结构的振动能量收集器谐振频率等性能,加工并测试了压电式的微型振动能量收集器样机,结果谐振频率的误差最大为6％.通过质量调节方法进一步将样机的谐振频率调节了10.5 Hz的宽度.针对50 Hz的振动环境,将谐振频率为58.7 Hz的样机调节到了50.4 Hz,输出电压提高了4倍.     

一种基于故障监测的MEMS压电能量收集器

为了实现对轮船发动机故障监测系统的可持续供电,针对轮船发动机振动特性以及故障监测系统应用需求,设计了一种基于d31工作模式的微机电系统(MEMS)压电振动能量收集器。该能量收集器采用了共质量块压电悬臂梁阵列结构,与传统单梁结构相比,其降低了MEMS压电振动能量收集器的机械阻尼。通过ANSYS软件对结构进行了优化设计,得到压电悬臂梁的优化尺寸为2.72mm×3.55mm×0.125mm,硅质量块的优化尺寸为14mm×8.45 mm×0.575 mm。设计了器件的加工工艺流程,并完成了芯片的制作。在加速度2g(g=9.8m/s2),谐振频率606Hz,最优化负载45kΩ下,输出电压为4.32V,输出功率为414.7μW,能够满足故障检测系统的可持续供电需求。     

铌镁酸铅系弛豫铁电单晶材料的发展与应用

该文总结了铌镁酸铅系弛豫铁电单晶材料的发展历程,铌镁酸铅系单晶材料的压电常数由最初的1540 pC/N提升至4000 pC/N,制备单晶的主要方法为改进的布里奇曼法.根据单晶的组分不同,工艺条件也有差别,在改进其性能的过程中其理论依据逐渐完善,弛豫铁电单晶高压电效应的根源是单畴剪切压电效应,在实际研究中可通过宏观或微观...     

X7R弛豫复相铁电陶瓷的研究

以PZN-BT(低温相)、PMN-PT(高温相)为起始组元,采用混合烧结法制备了具有X7R介电特性电子瓷料,其介电温谱在55~+125℃范围内相当平坦,室温相对介电常数高达3 877,并从离子的键型分析了影响介电温度稳定性的原因,初步探讨了提高介电温度稳定性的机制。     

线性三自由度低频压电振动能量采集器

基于线性多自由度振动的概念,提出并设计了一种线性三自由度(3DOF)振动能量采集器。该能量采集器包括一、二阶传动梁及传统单悬臂梁。数学建模及有限元仿真结果表明,多阶传动梁垂直相接构成的线性多自由度系统可有效调节并降低系统的工作频率。实验结果表明,线性三自由度能量采集器在0~100 Hz频率范围内,具有3个电压峰值,有效带宽15Hz,与理论分析相吻合。另外,与传统单悬臂梁能量采集器相比,工作频率降低,频带扩增275%。