一种新型驱动材料——RAINBOW型功能陶瓷

一、一种新型驱动材料——RAINBOW型功能陶瓷（论文文献综述）

陈攀^[1]（2018）在《基于挠曲电效应的热电转换研究》文中认为进入二十一世纪后,世界范围内普遍地意识到了能源危机的迫切性。寻求新能源成为人们关注的重点,关于太阳能、风能、地热能、生物质能等可再生能源应用的研究迅速发展。同时,通过废热回收进行热电转换以提高现有能源利用效率的研究也吸引了很多的关注。热-电发电主要以Seebeck效应为基础,热释电效应也稍有涉及。这两种效应在进行热-电转换的过程需要特殊的热环境:温度梯度或温度变化的环境。尽管这些特殊的热环境是它们产生热电输出的直接驱动力,但也在一定程度上限制了它们在实际中的适用性。本论文针对热-电耦合过程,尝试将热电输出时所需的驱动力与热输入分离开来,使热电转换变得更加可控。显然,这需要借助于其他效应。挠曲电效应描述了材料中电极化与应变梯度之间的耦合,可表示为:P1=μijkt（（?）sij/（?）xk）。挠曲电效应作用过程可以和电场极化的过程类比,因此,从其作用过程中可以提取出“挠曲电电场”Eflexo。类似地,此Eflexo应可以驱动载流子形成电流。将受到弯曲作用的材料置于高温环境中,则内部产生的“挠曲电电场”会驱动热激活的载流子形成电流,即实现挠曲电热电转换。从这点出发,本论文先详细阐明这种现象的存在,而后通过改进原型的系统设计,使这种挠曲电热电转换更具实际应用的可能。（1）从实验角度表征了氧化物铁电陶瓷中的热释电效应、组分改性的氧化物铁电陶瓷中的Seebeck效应,分析测试过程中的热环境及热电响应特征。基于测试中的这些特点,可有效地分析后续实验中测试到的热电流。通过估算可知:在,受到弯曲应力的条件下,薄板状陶瓷中测试到的热电流主要来源于Eflexo驱动热激活载流子定向迁移的过程。这是探索挠曲电热电转换的原型研究,它实现了均匀温度热环境中的热电转换。此外,陶瓷材料的制备过程会不可避免地引起材料表现出宏观内偏压。我们在实验中发现,高温条件下这种内偏压可被挠曲电效应改写,这说明内偏压的形成过程可能与挠曲电效应之间存在紧密联系,对设计独立的挠曲电热电转换材料具有启发意义。（2）结合挠曲电效应作用的过程,可知挠曲电热电转换过程中的决定因素是材料内部产生的应变梯度。非对称的化学还原后,宏观陶瓷系统在厚度方向上呈现出明显的组分梯度。在低于还原温度的温度范围内,系统内产生宏观的内应变梯度。此外,还原过程使系统的电导率大大提升。通过估算可知,挠曲电效应支配了非对称还原后陶瓷片中表现出的宏观电势差。因而,在高温条件下非对称还原的陶瓷片中表现出的热-电输出行为,是比原型设计中增强许多的挠曲电热电转换现象。（3）非对称还原后,陶瓷片的电导性能大幅提升,使其可归于半导体的范畴。从能带理论的角度,定性分析了非对称还原的陶瓷片中呈现的宏观电势差。结合非对称还原的陶瓷片中宏观电势差在其内部引起的电流,定性分析了其表现出的整流行为。这种试样的制备方法比较简易,为电子行业中整流元件的制备提供了一种新的思路。

李宏^[2]（2012）在《新型压电微驱动器在光学微机电系统中的应用研究》文中研究指明随着MEMS（微机电系统）技术的高速发展,MEMS器件对驱动器材料的结构和性能有着越来越高的要求。MEMS压电驱动器由于体积小、速度快、能量密度高等优点在光学微机电系统领域已经越来越受到重视。所以,对MEMS压电驱动器的优化设计以及应用研究对MEMS的发展具有重要的实际意义。本课题主要通过优化压电驱动器的几何结构以增强其驱动品质。提出了计算优化结构的弯曲刚度及驱动力的解析方法；采用有限元模拟方法,验证了该解析方法的有效性及优化结构的优良特性。此外,采用新型PMN-PT（铌镁酸铅-钛酸铅）单晶巨压电材料于优化结构中,进一步增强了其工作性能。主要研究工作包括以下几个方面：（1）设计出“力学聚焦型”及“弯曲-力学聚焦型”悬臂梁式压电驱动器,采用欧拉-伯努利理论,分别推导出计算聚焦结构和弯曲-聚焦结构的弯曲弹性系数解析公式。其中用于计算单层聚焦结构及单层弯曲聚焦结构的弯曲弹性系数公式同样可以用于计算其它类似结构。通过解析计算方法和有限元方法,比较了两种驱动结构的特点。研究表明,在相同驱动器尺寸及相同外加电压条件下,弯曲聚焦型驱动器与聚焦结构相比,在牺牲了一定驱动力情况下产生了更高的位移。通过有限元分析方法,证明了计算弯曲弹性系数方法的有效性以及优化结构的驱动特性。（2）为了进一步改进驱动器性能,采用新型PMN-PT单晶压电材料用于所设计驱动器中,并与PZT（锆钛酸铅）驱动器作了比较。研究表明,在具有同样几何结构和大小的前提下,PMN-PT驱动器位移高于后者数倍,驱动力也明显提高,表现出更好的驱动性能。（3）作为所设计驱动器在光学微机电系统中的应用,研究了具有力学聚焦机制的单层压电片驱动器用于自适应光学系统（简称AO, Adaptive Optics）微变形镜的可行性。分析了微变形镜的位移迁移率。证明了聚焦型驱动器与简单悬臂梁驱动器相比具有更高的驱动效率（4）设计出采用PMN-PT弯曲-力学聚焦型驱动器的层状光栅干涉仪。在2mm×2mm尺寸下,设计了干涉仪的具体结构参数；研究了在该驱动器驱动下层状光栅干涉仪的分辨率。通过有限元仿真,证明了所设计层状光栅干涉仪具有结构紧凑,分辨率高的特点。

郑克玉^[3]（2009）在《两种铁电材料的超微粉及细晶陶瓷的制备与性能研究》文中进行了进一步梳理随着信息时代的到来,现代社会的发展需要越来越多品种各异和性能独特的功能材料。铁电体材料作为一类重要的功能材料,以其优异的介电压电性能、热释电性能和光学性能等得到广泛的关注和研究。掺镧的锆钛酸铅[（Pb,La）（Zr,Ti）O3,PLZT]和钽铌酸钾（KTN）是重要的铁电陶瓷材料。PLZT不仅具有优越的透光性和电光性,而且具有良好的压电和介电特性,是制备电容器、压电传感器、光转换、光存储和微驱动器等的良好材料。KTN材料具有良好非线性光学效应、热释电效应,在计算机显示、激光全息存储以及光电子等领域展示着良好的应用前景。为了达到实用化的要求,低制备条件和高性能获得仍然是一个具有挑战性的课题。因此,探索和研究纳米尺度铁电材料及所具有的性能,丰富和发展相关制备方法,对于基础研究和开拓新材料应用领域有着重要意义。本文在系统总结和全面分析PLZT、KTN铁电材料研究现状的基础上,对两种铁电材料的设计、超微粉合成和细晶粒陶瓷的制备,以及所获得新材料的铁电压电性能、光学性能等进行了有益的探索。论文主要研究内容如下:1.系统研究了采用原材料为无机盐和有机盐的溶胶-凝胶法（sol-gel）制备出单颗粒尺寸≤50nm、团聚体尺寸≤100nm的PLZT超微粉,这不仅解决了进口原材料问题,也简化了制备工艺,使合成在分子级别上进行,利于制备高质量铁电粉体,利于产业化。探讨了PLZT前躯体溶液的水解、聚合反应机理,并且就合成温度和保温时间对PLZT纳米粉的物相形成、粉体形貌的影响进行了研究。2.以sol-gel方法合成的钙钛矿型PLZT超微粉为原料制备出晶粒尺寸≤500nm亚微米细晶粒陶瓷,比普通固相法烧结的陶瓷粒径（1.56μm）小得多。对制备出的陶瓷试样进行结构、形貌和介电压电性能测试分析,找出最佳制备细晶粒陶瓷的工艺参数:PLZT超微粉合成条件为600℃×1.5h,烧结条件为1150℃×1.5h,得到PLZT陶瓷的介电、压电性能俱佳,陶瓷的压电参数d33=595,室温介电常数εr=5108,介电损耗tgδ=0.02347.陶瓷烧结温度也低于普通固相法烧结成瓷温度（1230-1300℃）.3.在PLZT超微粉中掺杂钛酸锶钡（BST）纳米粉,制备PLZT改性陶瓷,其介电、压电性能较佳,BST掺杂量为1mol%时陶瓷的性能最好,压电参数d33=508,室温介电常数εr=8315,介电损耗tgδ=0.035.研究发现掺BST后,PLZT材料的电滞回线变窄,矫顽场变小,自发极化和剩余极化减小。4.以超微粉制备的PLZT陶瓷最高介电常数达15404,对应的相变温度为212℃,这与普通固相烧结的情况接近。在PLZT超微粉中掺杂Mg2+所制得陶瓷介电温谱曲线较未掺杂时向高温方向移动,PLZT相变温度提高;当掺杂K+时,ε最大值对应的温度为150℃,Tc显着变小,而室温介电常数与未掺杂时相差不大。这对PLZT材料在器件方面的应用非常有意义。5.从理论角度进一步研究颗粒尺寸大小对PLZT的介电性能的影响,确立介电常数εr与四方度c/a的基本关系式。6.对KTN水热合成工艺作了系统研究,首次对KTN的微电子结构以及光吸收性能和光发射性能进行了表征,讨论工艺条件对KTN陶瓷相结构以及光吸收性能和光发射性能的影响。随KOH的浓度或反应温度的增高,KTN粉体的晶相结构由立方相向铁电四方相转变,并且晶格参数c/a比值增大,四方度增强。获得铁电压电系数高的四方相KTN粉的较佳工艺条件是KOH的浓度为16M、反应温度240℃、反应时间24小时。KOH的浓度大小决定了KTN材料的禁带宽度的大小。随KOH的浓度增加,禁带宽度增大,最大吸收波长向短波方向移动,发生蓝移现象,影响其光响应范围。7.利用KTN中的B位高价离子置换,制备了W6+掺杂改性的KTN陶瓷样品。研究了W6+掺杂对KTN材料结构和电性能的影响。实验结果表明,W6+掺杂量为6mol%时,KTN的电导率较纯KTN下降了一半;在200V时,W6+掺杂量为8mol%的漏电流为8.71×10-4A,纯KTN漏电流为5.14×10-3A,使漏电流减小了5倍。通过掺杂的方式,成功的降低了KTN陶瓷的漏电流,有利于提高陶瓷的铁电压电性能。

徐欣^[4]（2008）在《功能梯度压电梁的多场耦合特性分析》文中提出压电材料是目前智能结构系统研究中应用最多的一种传感和驱动材料,应用前景广阔,研究成果丰富。为了实现大功率化,实现高效率、高可靠性,需要进一步研究新的压电材料及结构,得到更大的升压比和更高的转化效率。工程中目前使用的压电元件多为多层结构,如压电双晶片、Rainbow及压电堆等就是为了得到较大的驱动力而产生的。但元件中某些成分和性质的突变常常会导致结构中出现局部的应力失配现象,其后果是粘结层在低温时容易开裂,在高温时又容易产生蠕变,这大大降低了元件的可靠度,并限制了它们在中程中的应用范围。为解决此问题,人们提出了以“梯度功能压电材料”代替“压电材料”,并取得了较理想的成果。梯度功能压电材料在工程应用中有许多新的问题需要解决,本论文旨在研究压电热弹性悬臂梁的多场耦合特性,即寻求在热、电等荷载输入下梁中的多场解答。论文主要内容包括:（1）采用逆解法给出了双层压电悬臂梁在电场和温度场共同作用下的理论解,并进行了数值分析;（2）采用逆解法给出了多层压电悬臂梁在电场和温度场共同作用下的理论解,并进行了数值分析;（3）基于压电弹性理论,给出了功能梯度压电悬臂梁在电场和温度场共同作用下的精确解,并进行了数值分析。考虑到压电参数g31是表征压电材料力-电耦合效应的最主要的物理参数,因而在本文的研究中主要考虑了三个材料参数(即压电参数g31、热应变μ1和热传导系数k33)对耦合场的影响,也就是说,在求解过程中,不同压电层中只有上述三个材料参数是独立变化的,而各层中其它材料参数均假设不变。利用本文得到的解析解,可以方便地确定在几种典型荷载单独或联合作用下,悬臂梁的基本解。

蒋幼夫,杨亲民,赵安中^[5]（2004）在《新材料与功能材料的战略地位、研发概况与发展趋势》文中认为本文论述了新材料与功能材料的战略地位:介绍了世界各国、特别是发达国家关于新材料与功能材料的战略决策与研发概况;最后分七大类、二十七个方面全面阐述了新材料与功能材料的发展趋势.

朱子健,陈仁文,徐晓弈,王鑫伟^[6]（2003）在《智能材料在微机械中的应用及发展》文中研究表明论述了微机械的发展现状,综述了硅、形状记忆合金、压电陶瓷、超磁致伸缩等智能材料在微型机械中的最新应用及发展趋势。提出了智能材料结构在微型机械中应用的几个关键问题。

沈星,万建国^[7]（2002）在《一种新型驱动材料——RAINBOW型功能陶瓷》文中研究说明Rainbow功能陶瓷是一种具有内部应力偏移、兼有氧化层和还原层、并具有特殊拱形结构的铁电类陶瓷,在电场作用下,可以产生很高的轴向位移,能承受比一般铁电陶瓷更大的应力,是一种具有广阔应用前景的驱动材料。讨论了Rainbow功能陶瓷的制备方法、结构特点和驱动机理,并指出了Rainbow功能陶瓷的发展趋势。

二、一种新型驱动材料——RAINBOW型功能陶瓷（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、一种新型驱动材料——RAINBOW型功能陶瓷（论文提纲范文）

（1）基于挠曲电效应的热电转换研究（论文提纲范文）

（2）新型压电微驱动器在光学微机电系统中的应用研究（论文提纲范文）

（3）两种铁电材料的超微粉及细晶陶瓷的制备与性能研究（论文提纲范文）

（4）功能梯度压电梁的多场耦合特性分析（论文提纲范文）

（7）一种新型驱动材料——RAINBOW型功能陶瓷（论文提纲范文）

四、一种新型驱动材料——RAINBOW型功能陶瓷（论文参考文献）

• [1]基于挠曲电效应的热电转换研究[D]. 陈攀. 中国科学技术大学, 2018(10)
• [2]新型压电微驱动器在光学微机电系统中的应用研究[D]. 李宏. 四川师范大学, 2012(02)
• [3]两种铁电材料的超微粉及细晶陶瓷的制备与性能研究[D]. 郑克玉. 华中科技大学, 2009(11)
• [4]功能梯度压电梁的多场耦合特性分析[D]. 徐欣. 北京交通大学, 2008(08)
• [5]新材料与功能材料的战略地位、研发概况与发展趋势[A]. 蒋幼夫,杨亲民,赵安中. 第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ, 2004
• [6]智能材料在微机械中的应用及发展[J]. 朱子健,陈仁文,徐晓弈,王鑫伟. 航空精密制造技术, 2003(03)
• [7]一种新型驱动材料——RAINBOW型功能陶瓷[J]. 沈星,万建国. 材料导报, 2002(01)

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