本文選題：PZT薄膜 + 溶膠凝膠法　； 參考：《上海交通大學(xué)》2011年碩士論文

【摘要】：采用PZT壓電陶瓷制備的壓電懸臂梁,是制備振動(dòng)能量采集器的關(guān)鍵元件。本文詳細(xì)介紹了壓電懸臂梁的制備步驟,并著重探討了其中最為關(guān)鍵的PZT鐵電薄膜制備以及器件流片工藝。 本文通過Sol-Gel法,采用全國產(chǎn)試劑制備PZT鐵電薄膜。利用單因素變量法分別研究了濃度、pH值、溫度對(duì)前驅(qū)體溶膠的影響以及熱處理和退火工藝對(duì)薄膜形態(tài)的影響,并最終確定工藝方案。在Pt/Ti/SiO2/Si基片上制備出厚度為2μm的PZT鐵電薄膜。采用SEM對(duì)薄膜的表面和截面形態(tài)進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)薄膜晶粒飽滿、結(jié)構(gòu)致密,與基底結(jié)合力好。通過XRD分析了基片和退火制度對(duì)薄膜晶體結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)Pt/Ti基底有利于提高晶向一致性并促進(jìn)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的形成,退火溫度的升高和退火時(shí)間的增加有利于(111)晶向的生長(zhǎng)。電學(xué)性能方面,利用TR66A鐵電測(cè)試儀測(cè)試了薄膜的電滯回線,發(fā)現(xiàn)(111)擇優(yōu)取向的晶體的鐵電性能較為理想。制備出樣品的剩余極化Pr為19.94μC/cm2,矯頑場(chǎng)Ec為11.60 kV/cm。 利用濕法化學(xué)蝕刻、RIE干法蝕刻、UV-LIGA等流片工藝,將上述PZT薄膜制備成壓電懸臂梁。通過設(shè)計(jì)梯形懸臂梁增加發(fā)電效率,并通過在懸臂梁尖端放置Ni質(zhì)量塊來降低諧振頻率,最終制備的壓電懸臂梁長(zhǎng)×底寬×尖寬為2000μm×750μm×500μm,在頻率為155Hz/1g加速度激勵(lì)下,開路電極間輸出電壓峰峰值Vp-p達(dá)984 mV。此外,本文還制備了一個(gè)防水的懸臂梁能量采集器模型并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用研究,證明其可以在液體環(huán)境下由超聲波驅(qū)動(dòng)發(fā)電。
[Abstract]:Piezoelectric cantilever beam fabricated by PZT piezoelectric ceramics is the key component of vibration energy collector. In this paper, the fabrication of piezoelectric cantilever beam is introduced in detail, and the preparation of PZT ferroelectric thin film and the flow sheet process are discussed. In this paper, PZT ferroelectric thin films were prepared by Sol-Gel method. The effects of pH and temperature on the precursor sol and the effects of heat treatment and annealing on the film morphology were studied by single factor variable method. PZT ferroelectric thin films with thickness of 2 渭 m were prepared on Pt/Ti/SiO2/Si substrates. The surface and cross section morphology of the films were characterized by SEM. It was found that the films had full grain size, dense structure and good adhesion to the substrate. The effect of substrate and annealing on the crystal structure of the thin films was analyzed by XRD. It was found that the Pt/Ti substrate was beneficial to the formation of perovskite structure and the increase of annealing temperature and annealing time was beneficial to the growth of the crystal orientation of the thin films. In terms of electrical properties, the hysteresis loops of the films were measured by TR66A ferroelectric tester. It was found that the ferroelectric properties of the crystal with preferred orientation were ideal. The residual polarization pr is 19.94 渭 C / cm ~ 2 and the coercive field E _ c is 11.60 kV / cm ~ (-1). The piezoelectric cantilever beam was prepared by wet chemical etching and dry etching of PZT thin films with UV-LIGA isoflakes. By designing trapezoidal cantilever beam to increase generation efficiency, and by placing Ni mass block at the tip of cantilever beam to reduce resonant frequency, the length 脳 base width 脳 tip width of piezoelectric cantilever beam is 2000 渭 m 脳 750 渭 m 脳 500 渭 m, which is excited by 155Hz/1g acceleration. The peak output voltage peak value (Vp-p) between open circuit electrodes is 984 MV. In addition, a waterproof cantilever beam energy collector model is prepared and its practical application is studied. It is proved that the model can be driven by ultrasonic in liquid environment.
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TQ174.1

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本文編號(hào)：1883539