PMN與NBT-BT6弛豫鐵電材料機電耦合性能表征.pdf

1、弛豫鐵電材料所具有的壓電效應和電致伸縮效應使其在傳感器、致動器、俘能器、加速度計、超聲馬達、伺服器等微機電系統(tǒng)(Micro-electromechanical system, MEMS)中得到廣泛應用。MEMS器件中弛豫鐵電材料的研究有助于新型功能器件的建模和設計，因此準確表征弛豫鐵電材料的機電耦合性能就顯得倍加重要。
　　鐵電材料的壓電俘能具有d31、d33、d15三種不同工作模式。目前，測量鐵電材料壓電系數的方法主要分為兩大類

2、，其原理分別利用了逆壓電效應和正壓電效應。利用這兩種效應測量弛豫鐵電材料壓電系數d33和d31的方法有很多種，而對于壓電系數d15的測量，特別是利用正壓電效應的測量方法鮮有報道。鐵電材料的電致伸縮效應是一種基本的二次機電耦合效應，通常由感應產生的形變量非常小。目前關于鐵電材料電致伸縮性能測試方法的報道較少。近年來在一些弛豫鐵電體的研究中(例如鈮鎂酸鉛PMN系鐵電體)，研究者發(fā)現弛豫鐵電體具有良好的電致伸縮性能。但同樣作為弛豫鐵電體的鈦酸

3、鉍鈉NBT系鐵電體，至今很少有關于電致伸縮性能的報道。
　　本文簡述了弛豫鐵電材料的研究進展和應用背景，然后以兩類不同材料的弛豫鐵電體為研究對象，分別創(chuàng)建了兩種模型測量了弛豫鐵電體機電耦合性能。該研究工作對剪切模式壓電器件的開發(fā)應用以及弛豫鐵電材料設計和性能預測具有指導意義。
　　選取商業(yè)PMN弛豫鐵電體，設計并制作了共面電極結構的d15模式懸臂梁，通過測試懸臂梁電荷與加速度關系最終求得鐵電材料d15壓電系數；其次利用金屬有

4、機物沉積法(MOD)在Pt/Ti/SiO2/Si(100)基底上制備了94(Na0.5Bi0.5)TiO3-6BaTiO3(NBT-BT6)弛豫鐵電薄膜并表征其機電耦合性能。
　　(1)針對壓電效應的研究，本文基于Timoshenko梁準靜態(tài)理論和d15模式壓電本構關系設計了共面電極結構壓電懸臂梁模型。以PMN弛豫鐵電陶瓷為實驗對象，建立了壓電系數、機電耦合系數、輸出電荷和加速度的關系表達式，設計了一種利用正壓電效應測量鐵電材料d