【摘要】：撓曲電效應(yīng)是指由應(yīng)變梯度誘導(dǎo)的材料電極化現(xiàn)象以及電場梯度誘發(fā)的應(yīng)變現(xiàn)象。相比于壓電材料,撓曲電材料有著應(yīng)用溫度區(qū)間廣、不受對稱中心限制以及尺寸效應(yīng)等優(yōu)點,因而在微納米尺度上具有極大的傳感應(yīng)用潛質(zhì)。本文圍繞鋇基撓曲電材料為核心,從撓曲電材料制備、撓曲電性能優(yōu)化和撓曲電有限元計算三方面進(jìn)行研究,研究發(fā)現(xiàn):1.BTS13/87陶瓷燒結(jié)最佳溫度為1300℃~1350℃之間。當(dāng)燒結(jié)溫度為1250℃時,陶瓷致密性差,致密度僅為78.75%;當(dāng)燒結(jié)溫度高于1400℃時,晶粒晶格發(fā)生畸變,并不表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。2.Al_2O_3摻雜對BTS13/87陶瓷,當(dāng)Al_2O_3摻雜濃度不高于2.0 wt%時不改變BTS鈣鈦礦結(jié)構(gòu);晶粒尺寸隨Al_2O_3摻雜濃度的增加而減小,具有明顯的細(xì)晶作用;摻雜不同Al_2O_3濃度的BTS13/87陶瓷的居里溫度均在40℃以上,介電損耗大于0.1,最大介電常數(shù)僅達(dá)到3300左右。3.Al_2O_3摻雜對BTS15/85陶瓷,Al_2O_3摻雜濃度為5.0 wt%時,BTS陶瓷的XRD圖出現(xiàn)雜質(zhì)峰,介電溫譜出現(xiàn)異常不表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)鐵電體特性;當(dāng)Al_2O_3摻雜濃度不高于2.0 wt%時不改變BTS鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。晶粒尺寸、介電常數(shù)、介電損耗和剩余極化強(qiáng)度均隨摻雜濃度的增加而減小;當(dāng)Al_2O_3摻雜濃度為0.5 wt%時BTS陶瓷的致密度和橫向撓曲電系數(shù)均為最高,分別為96.52%和40μC/m。4.采用有限元仿真方法優(yōu)化彎曲模式具有等效壓電性的撓曲電復(fù)合結(jié)構(gòu),從鎢線幾何形狀、支撐部分的材料種類、BST板與鎢線的接觸位置和BST板厚度等方面對復(fù)合結(jié)構(gòu)的撓曲電性進(jìn)行優(yōu)化分析。當(dāng)復(fù)合結(jié)構(gòu)處于相同應(yīng)變條件下,鎢線橫截面為圓形,支撐部分材料為為楊氏模量450 GPa的碳化硅,上下部分鎢線中心距離分別為2.1 mm和2.5 mm,BST板長寬比為1/150時,復(fù)合結(jié)構(gòu)具有最佳撓曲電性。此時的復(fù)合撓曲電模型相較于初始模型,其撓曲電性增強(qiáng)了近50倍。5.推導(dǎo)了撓曲電效應(yīng)力電耦合公式,結(jié)合撓曲電性由應(yīng)變梯度或電場梯度誘導(dǎo)產(chǎn)生的特點,在第一類Rosen型壓電變壓器基礎(chǔ)上設(shè)計了類梯形,帶孔長方形,沙漏形和螺旋形四種撓曲電變壓器。當(dāng)處于納米尺度時,四種撓曲電變壓器具有非�？捎^的撓曲電效應(yīng),其中帶孔長方形撓曲電變壓器升壓比最高,可達(dá)到3.53×104倍。合理設(shè)計撓曲電變壓器尺寸和幾何形狀對升壓比有著重要影響。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ174.1
【圖文】：

中心對稱晶體產(chǎn)生非均勻應(yīng)變導(dǎo)致的極化

圖 1.2 撓曲電系數(shù)測平臺和樣品[31,32](a)懸臂梁測試系統(tǒng)示意圖 (b)壓縮梯形塊測試平臺 (c)動態(tài)機(jī)械分析測試系統(tǒng)示意圖(d)測量橫向系數(shù)的實驗樣品 (e) 測量縱向系數(shù)的實驗樣品Cross 等人研究高介鐵電陶瓷材料均為多晶材料，所以其測量出的相應(yīng)撓曲電系數(shù)也并非真正意義上的單晶材料的撓曲電系數(shù)。為填補這一空白，Zubko 和

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2741881