基于PZT壓電薄膜的微驅(qū)動(dòng)器研究.pdf

1、微驅(qū)動(dòng)器作為微機(jī)械電子系統(tǒng)的核心部件，一直是微型機(jī)械電子系統(tǒng)(MEMS)的研究熱點(diǎn)。壓電微驅(qū)動(dòng)器是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的換能器，由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、高頻適用性強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)和處理電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在超聲檢測(cè)、精密位移和定位、聲學(xué)及力學(xué)量的檢測(cè)等方面已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。 本文的研究重點(diǎn)是壓電雙晶梁微驅(qū)動(dòng)器和無(wú)閥壓電微泵。針對(duì)兩類驅(qū)動(dòng)器存在的問(wèn)題，合理地選擇微驅(qū)動(dòng)器的微加工工藝和加工材料，制備結(jié)構(gòu)合理、

2、性能優(yōu)良的壓電雙晶片微驅(qū)動(dòng)器以及性能穩(wěn)定可靠、驅(qū)動(dòng)電壓較低、易于控制的壓電無(wú)閥微泵。具體開(kāi)展的工作主要有以下幾個(gè)方面： 1)壓電薄膜水熱合成法制備工藝研究及其性能表征。本文詳細(xì)研究了水熱合成法制備PZT薄膜的工藝過(guò)程，并利用水熱合成法制備了不同厚度的PZT壓電薄膜。同時(shí)深入研究了其特征和性能。通過(guò)XRD、SEM方法對(duì)已制備的PZT壓電薄膜進(jìn)行組分和表面形貌分析；利用CCD設(shè)備測(cè)量了薄膜的厚度，研究了薄膜生長(zhǎng)速率、質(zhì)量增量和生長(zhǎng)次

3、數(shù)之間的關(guān)系；并進(jìn)一步對(duì)薄膜的鐵電性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究；最后確定了水熱法制備PZT壓電薄膜的極化方向。同時(shí)利用單步水熱法制備了PZT薄膜并對(duì)其性能進(jìn)行表征，把PZT性能研究結(jié)果與雙步水熱反應(yīng)制備的PZT薄膜性能進(jìn)行了比較。 2)PZT壓電薄膜雙晶片微驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、制備及其驅(qū)動(dòng)性能研究。本文利用ANSYS對(duì)壓電雙晶片微驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)與驅(qū)動(dòng)性能之間的關(guān)系進(jìn)行仿真分析，為微驅(qū)動(dòng)器特征尺寸的選擇提供了理論依據(jù)。利用水熱法及微加工工藝制

4、備PZT薄膜壓電雙晶片驅(qū)動(dòng)器，并對(duì)所制備的雙晶片驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行模態(tài)分析，得到其前四階共振頻率及相對(duì)應(yīng)的振型。建立了衡量PZT薄膜壓電雙晶片驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)性能的彎曲位移模型，利用該模型及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到了PZT壓電薄膜的壓電系數(shù)d31。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法分析了壓電雙晶片驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力。 3)無(wú)閥壓電微泵的理論分析、樣機(jī)制備及其性能測(cè)試。對(duì)無(wú)閥微泵的工作原理和流動(dòng)特性進(jìn)行了理論分析，為微泵結(jié)構(gòu)的尺寸選擇提供了理論依據(jù)。同時(shí)詳細(xì)敘述了微泵制備