尺度效應下微壓電層合結構非線性特性研究

《尺度效應下微壓電層合結構非線性特性研究》是依託南京理工大學，由康新擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：尺度效應下微壓電層合結構非線性特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：康新
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

隨著現代工程技術快速進入信息化和智慧型化，國內外對基於壓電材料的微智慧型結構的研究越來越重視。壓電材料在強電場或高應變狀態下表現出較強的非線性。而壓電器件常常需要在強電場或高應變狀態下工作。因此對其非線性特性的研究尤為重要。在MEMS中，壓電材料通常通過各種物理化學方法沉積在某種基底上，形成微壓電層合結構。而壓電層和襯底的厚度常常在微米、亞微米量級。實驗證明：結構的特徵尺寸在微米量級時，其力學行為與巨觀尺寸下顯著不同，表現出尺度效應。而對於微壓電結構，由於存在力電耦合，尺度效應不但會影響其力學性能，還會影響其壓電性能。因此，揭示尺度效應對微壓電層合結構非線性特性的影響是必要的。目前國內外對考慮尺度效應的微壓電層合結構非線性特性研究還處於空白。本申請項目擬通過理論分析和實驗手段，研究尺度效應下微壓電層合結構在強電場作用下的靜動態非線性特性，為微壓電感測器和執行器提供更加符合客觀實際的設計依據。

結題摘要

壓電材料在強電場下作用下力電性能表現出強非線性，同時，微壓電層合結構的力電性能非線性對尺度有依賴性。本課題在考慮尺度效應影響下研究了微壓電層合結構的非線性特性。研究結果表明：外電場強度越大，壓電材料出現剛度軟化現象，壓電器件表現的非線性越強；在靜電場下，若想得到大的變形量，彈性層和壓電層的最優厚度比隨著尺度效應的存在而與巨觀尺度不同；動態情況下，尺度效應的存在使得微壓電層合結構的諧振頻率增大；本項目還結合北京大學工學院課題組項目，分析了壓電環板的在電場下的位移回響，設計的壓電環板器件產生的位移是相同厚度下一般單層壓電器件的11-14倍，非常適合做壓電位移驅動器。同時，結合南京航空航天大學課題組的科研項目，測試了亞微米級厚度的新研製的壓電材料的變形回響，為相關器件設計提供依據。