基于PZT壓電薄膜的微驅(qū)動器研究.pdf

1、微驅(qū)動器作為微機(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)簡單、響應(yīng)速度快、高頻適用性強(qiáng)、驅(qū)動和處理電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，在超聲檢測、精密位移和定位、聲學(xué)及力學(xué)量的檢測等方面已經(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)動器和無閥壓電微泵。針對兩類驅(qū)動器存在的問題，合理地選擇微驅(qū)動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)動器以及性能穩(wěn)定可靠、驅(qū)動電壓較低、易于控制的壓電無閥微泵。具體開展的工作主要有以下幾個方面： 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薄膜的工藝過程，并利用水熱合成法制備了不同厚度的PZT壓電薄膜。同時深入研究了其特征和性能。通過XRD、SEM方法對已制備的PZT壓電薄膜進(jìn)行組分和表面形貌分析；利用CCD設(shè)備測量了薄膜的厚度，研究了薄膜生長速率、質(zhì)量增量和生長次

3、數(shù)之間的關(guān)系；并進(jìn)一步對薄膜的鐵電性進(jìn)行了實(shí)驗研究；最后確定了水熱法制備PZT壓電薄膜的極化方向。同時利用單步水熱法制備了PZT薄膜并對其性能進(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)動器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化、制備及其驅(qū)動性能研究。本文利用ANSYS對壓電雙晶片微驅(qū)動器結(jié)構(gòu)參數(shù)與驅(qū)動性能之間的關(guān)系進(jìn)行仿真分析，為微驅(qū)動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)動器，并對所制備的雙晶片驅(qū)動器進(jìn)行模態(tài)分析，得到其前四階共振頻率及相對應(yīng)的振型。建立了衡量PZT薄膜壓電雙晶片驅(qū)動器驅(qū)動性能的彎曲位移模型，利用該模型及實(shí)驗數(shù)據(jù)計算得到了PZT壓電薄膜的壓電系數(shù)d31。最后通過實(shí)驗方法分析了壓電雙晶片驅(qū)動器的驅(qū)動能力。 3)無閥壓電微泵的理論分析、樣機(jī)制備及其性能測試。對無閥微泵的工作原理和流動特性進(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)。同時詳細(xì)敘述了微泵制備