掺杂铌和钴元素的PZT薄膜的残余应力测定

锆钛酸铅(PZT)薄膜具有优异的压电性能,是制作微机电系统(MEMS)振动式能量收集器的理想材料。在溶胶-凝胶法制备PZT薄膜的过程中产生的残余应力会对能量收集器有负面影响。该文利用X线衍射法对在退火温度分别为650℃、700℃、750℃、800℃下掺杂铌(Nb)和钴(Co)元素的PZT薄膜样品的残余应力进行了测定。实验结果表明,PZT薄膜样品中的残余应力表现为压应力,从650℃升高到750℃的过程中,随着退火温度的升高薄膜中的残余应力增大;直到750℃附近后,残余应力基本保持稳定。     

不同纯度Ni_2O_3对PNN-PZT压电陶瓷制备的影响

通过氧化粉末固相烧结法制备Pb(Ni1/3Nb2/3)x(ZryTiz)(1-x)O3(PNN-PZT)压电陶瓷。通过X射线衍射仪(XRD)及扫描电镜(SEM)对陶瓷的相组成及显微组织进行相关分析。实验结果发现,当其他实验条件完全相同时,分别用不同纯度的Ni_2O_3药品A和B制备出的陶瓷具有明显的性能差异。使用Ni_2O_3药品A制备的陶瓷的电学性能较佳,其压电常数d33=680pC/N,机电耦合系数kp=0.62,εr=7 200,介电损耗tanδ=0.023;而使用Ni_2O_3药品B制备的陶瓷样品的电学性能较差,其d33=430pC/N,kp=0.50,εr=8 530,tanδ=0.054。     

基于压电材料的钢筋砼-钢组合塔筒损伤监测

钢筋混凝土-钢组合塔筒作为一种新型的风电塔架形式,其混凝土段的开裂对其使用寿命具有重要影响,对其混凝土段的开裂进行监测具有重要意义。该文提出了一种基于压电陶瓷激励的应力波测量的钢筋混凝土塔段的开裂监测方法,以某钢筋混凝土-钢塔筒缩尺模型为对象,以布置在钢筋混凝土塔筒表面的压电陶瓷片为激励器,利用布置在钢筋混凝土塔筒不同高度位置的压电陶瓷片作为传感器,实现在不同水平往复加载下的应力波的测量。对混凝土塔段从裂缝开始出现直至构件最终破坏整个过程各压电陶瓷片的响应进行分析,并定义损伤指标。结果表明,定义的指标不仅可较好反应裂缝实际出现位置,且与加载等级相关,所提出的监测方法可对钢筋混凝土塔段裂缝的发生和发展过程进行有效监测。     

Effects of compressive stress on the nonlinear electromechanical behavior of ferroelectric ceramics

Ferroelectric/piezoelectric ceramics have been widely used as actuators,sensors,etc.[1].In these applications,the material shows linear properties at a low field,while exhibiting intensely nonlinear behavior when being subjected to a high electric field or a high stress[2,3].Usually,ferroelectric ceramics are sensitive to stress.The effects of compres-sive stress on the linear properties of ferroelectric ceramics had been systematically stud-ied in USA and Canada since1960s[4―9],but the inv…     

两腔压电泵结构与特性

介绍了两个压电振子所构成的两腔串联和两腔并联压电泵的结构及工作原理,分析了两个压电振子驱动方式(同步工作和交叉工作)对两种结构压电泵输出性能的影响规律。制作了两腔串联和两腔并联压电泵的试验样机,分别测试了两个腔体同步工作和交叉工作状态下压电泵的输出能力,并与理论分析的结果进行了对比。理论和试验两方面的研究结果表明,在相同驱动电压和频率条件下,两个腔体交叉工作时压电泵的输出能力较好,其中并联泵的流量最大,为单个腔体流量的2倍;而串联泵的流量串联泵压力最大,是单个腔体输出压力的2倍,同时其流量也有大幅度提高,约为单个腔体流量的1.4倍。     

用于压电和电容微麦克风的体硅腐蚀相关研究

用溶胶-凝胶法制备的锆钛酸铅压电薄膜的微麦克风和纹膜电容式微麦克风都是基于微电子机械系统技术的硅基单片微麦克风。在其工艺制作过程中,在表面硅微加工之后进行体硅的湿法腐蚀,由此产生了硅片的正面保护和体硅腐蚀的控制等新的工艺问题。从各种正面保护方法和体硅腐蚀自停止技术两方面对这一问题进行了研究和解决。保持了微麦克风具有20~40 mV/Pa的开路灵敏度,并且使圆片级成品率达到70%以上。     

基于MEMS的硅基PZT薄膜微力传感芯片

为了测量毫克级的微小力,设计并制造了一种硅基PZT薄膜悬臂式微力传感芯片。采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上成功制备了厚度不同(300~800 nm)的锆钛酸铅(Pb(ZrxTi1-x)O3)薄膜,薄膜表面均匀,无裂纹。通过测试和分析,研究了PZT薄膜的制备工艺参数和压电、铁电、阻抗特性。采用微机械加工手段制作了长度为1 000μm、500μm、250μm的硅基PZT薄膜微型悬臂结构。当在悬臂的自由端沿着厚度方向施加毫克级的微小力时,微型悬臂就会在厚度方向发生弯曲和振动,通过测量在压电材料表面电极上的电荷量,并通过计算可得到微型悬臂所受的集中力的大小,实现微力的测量。该文还对微力传感芯片的工作方式进行了研究,初步设计了传感器系统模型。     

PZT微驱动器磁头的动特性研究

采用摄动法对描述超薄气体润滑理论的修正雷诺方程进行处理,建立了气体润滑的静动态方程,求解得到磁头气膜的无量纲刚度系数和阻尼系数,并讨论了磁头线速度对空气膜刚度系数和阻尼系数的影响.采用的磁头模型是一种PZT微驱动器磁头,其主体部分飞高为20 nm,读写头处飞高可达5 nm.模拟结果表明,磁头末端下降15 nm后,其动态特性和稳定性明显提高;磁头线速度在8.0 m/s～11.2 m/s变化时,气膜刚度系数线性增加,阻尼系数却线性减小.     

一种用于高密度信息存储中数据读取的新方法的 理论和实验研究

通过测量压电悬臂梁的等效电容来检测悬臂梁的振动信息,以应用于基于扫描探针技术的高密度信息存储中进行数据读取.在压电悬臂梁的PZT压电层上施加交流电场使其工作在共振状态,并使其自由端与存储介质进行周期性的接触.当悬臂梁的自由端扫描到数据点时,其自由端的振幅和所受到的外力将发生变化,进而引起PZT压电层的介电常数发生变化.因此,通过检测悬臂梁上压电层的等效电容变化,便可以得到悬臂梁的振幅改变量,从而实现了对存储介质上数据的读取.实验结果表明,该可以实现1nm的位移检测分辨率.     

PZT语音传感器及其信号特征研究

论文针对强噪音环境提出一种PZT振动拾音器作为语音识别的前端输入。在同步采样前提下,比较了其信号与麦克风信号在时、频域上抗噪声性能上的差异。为弥补部分语音信息的丢失,提出了一种混合倒谱系数作为语音识别的特征,并分析了其抗噪声性能。