Пьезоэлектрические актюаторыВ основе теории пьезоэлектрических актюаторов лежит прямой пьезоэлектрический эффект - появление электрических зарядов разного знака на противоположных гранях некоторых кристаллов при их механических деформациях: сжатии, растяжении и т.п и обратный пьезоэлектрический эффект - состоит в деформации этих же кристаллов под действием внешнего электрического поля. Основная формула для прямого эффекта:
,
для обратного:
,где - вектор электрического смещения, - напряжённость электрического поля, - относительная деформация, - механическое напряжение. Основными параметрами являются: - пьезоэлектрические коэффициенты, - коэффициенты упругой деформации, коэффициенты диэлектрической проницаемости .
Краткая историческая справка:
Пьезоэлектрический эффект был открыт братьями Кюри в 1880. Впервые его начали применять используя естественные монокристаллы (такие как кварц) в 1920 году. В 1950 появляется пьезоэлектрическая керамика, например PZT. Позже появляются пьезоэлектрические полимеры (PVDF). Также было открыто, что для получения пьезоэлектрического эффекта пьезоэлектрическую керамику надо подвергать процессу поляризации, а для улучшения пьезоэлектрических свойств структура кристалла должна быть асимметричной.
Пьезоэлектрический микроактюатр - это микроактюатор, который построен на использовании пьезоэлектрического эффекта. Наибольшую популярность имеют следующие конструкции пьезоэлектрических микроактюаторов:
Блочные актюатры | Двигатели вращения | Шаговые двигатели |
  |
  |
 |
Биморфные актюатры | Цилиндрические, гибридные и другие актюаторы |
  |
 . |
На рис 7 показано два простых примера, демонстрирующих принцип действия пьезоэлектричекских актюаторов. На рис 7-а слой пьезоэлектрика осаждён на балку. При приложении напряжения балка изгибается:
рис 7- а.
Такой же принцип можно применить и с тонкой кремниевой мембраной (рис 7-b). Если приложить напряжение, мембрана деформируется:
рис 7-b.
Единственное ограничение это то, что плёнки должны быть достаточно толстыми для предотвращения диэлектрического пробоя или короткого замыкания, это может произойти, если приложить высокое напряжение. Комбинируя подобное устройство с микроклапанами можно перекачивать жидкость в струйной микросистеме.
Раздел Пьезоэлектрические микроактюаторы составлен с использованием учебных материалов Д. Бэнкса. [1]
|
|