[發明專利]一種測量壓電材料壓電系數d15的準靜態方法

有效

• 申請號: 201310035079.7
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103134999A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 鄭學軍;彭金鋒;劉勛;張勇;孫靜
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: G01R29/22
• 分類號: G01R29/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于功能材料及測試技術研究領域，特別是涉及一種測量壓電材料壓電系數d₁₅的準靜態方法。?

背景技術

壓電材料所具有的壓電效應使其在精密儀器、傳感器、加速度計、俘能器、致動器等微機電系統(Micro-electromechanical?system，MEMS)中得到廣泛應用(Appl.Phys.Lett.92(2008)152901)。對MEMS器件中壓電材料的研究有助于新型功能器件的建模和設計，因此準確測量壓電材料的特性參數十分重要。?

目前，測量壓電材料壓電系數的方法主要分為兩大類，其原理分別利用了逆壓電效應和正壓電效應(IEEE?T?Ultrason.Ferr.52(2005)1897)。盡管測量壓電系數d₃₃和d₃₁的方法有很多種(IEEE?T?Ultrason.Ferr.54(2007)2562，Rev.Sci.Instrum.77(2006)103903，Mater.Chem.Phys.75(2002)12)，但測量壓電系數d₁₅方法鮮有報道。I.Naniwa?et?al.提出飛行高度控制滑塊模型，測量得到了壓電材料的壓電系數d₁₅(Microsyst.Techno1.1619-1627(2009)15)。I.Kanno?et?al.利用激光多普勒振動計獲得了PZT薄膜的壓電系數d15(Appl.Phys.Express2(2009)091402，Jpn.J.Appl.Phys.49(2010)09MA07)，此方法僅適用于單晶壓電薄膜壓電系數的測量；T.Aoki?et?al.利用掃描探針顯微鏡測量和有限元模擬獲得了多晶PZT薄膜的壓電系數d₁₅，其工藝復雜，不易操作(Key?Engineering?Materials421-422(2010)95)。上述壓電系數d₁₅測量方法，均是利用壓電材料逆壓電效應來實現的。目前尚未發現利用正壓電效應，測量壓電材料壓電系數d₁₅的報道。本發明利用正壓電效應提出一種實驗方法，可測量壓電材料的壓電系數d₁₅。該研究工作對剪切模式壓電器件的開發應用，壓電材料設計和性能預測具有指導意義。?

發明內容

本發明的目的是提出一種測量壓電材料壓電系數d₁₅的準靜態方法，此方法利用正壓電效應可測量壓電材料壓電系數d₁₅，具有工藝簡單，易操作的優?點，且可廣泛應用于壓電陶瓷、壓電晶體、壓電薄膜材料等壓電系數d₁₅的測量。?

本發明的技術方案是：?

一種測量壓電材料壓電系數d₁₅的方法，其特征在于：包括下述步驟：?

(a)基于Timoshenko梁理論，利用d₁₅工作模式壓電層合懸臂梁，提出測量壓電材料壓電系數d₁₅的實驗方法原理模型；?

(b)將兩塊壓電塊體進行水平極化后反向平行放置，制作一種共面電極結構壓電層合懸臂梁，采用串聯電路連接使懸臂梁處于d₁₅剪切工作模式；?

(c)搭建激勵振動裝置，使懸臂梁獲得遠小于共振頻率的激振頻率和電壓，測量懸臂梁準靜態工作狀態下的簡諧振動加速度和輸出電荷；?

(d)將懸臂梁結構尺寸、材料參數和輸出電荷代入原理模型，可估算壓電材料的壓電系數d₁₅；?

所制作的壓電層合懸臂梁采用共面電極結構。?

兩塊壓電塊體進行水平極化后反向平行放置。?

采用串聯電路連接使懸臂梁處于d₁₅剪切工作模式。?

遠小于共振頻率的激振頻率和電壓下，懸臂梁處于準靜態簡諧振動。?

實驗方法原理利用壓電材料的正壓電效應。?

實驗方法涉及參數包括：懸臂梁結構尺寸、材料參數和準靜態下懸臂梁簡諧振動的加速度和產生的電荷測量值。?

本發明的優點在于：(a)該方法可測量壓電材料的壓電系數d₁₅，具有工藝簡單，易操作的優點。(b)該方法可測量壓電陶瓷、壓電晶體、壓電薄膜材料的壓電系數d₁₅，應用范圍廣泛。?

附圖說明

圖1是本發明所述壓電層合懸臂梁的結構示意圖。?