Development of Functionally Graded Piezoelectric Actuator for MEMS(Micro Electro Mechanical System) by Powder Process Technology

利用粉末工艺技术开发MEMS(微机电系统)功能梯度压电执行器

基本信息

  • 批准号:
    13650771
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2001 至 2002
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The purpose of this research is to develop the piezoelectric actuator with functionally graded microstructure(FGM) that has a higher mechanical reliability than the conventional non-FGM actuator aiming at the application of the piezoelectric actuator to the micro electro mechanical system(MEMS). The obtained results are described as follows.1. The electrically induced strain in a PZT piezoelectric plate could be gradually changed by introducing compositionally graded structure of PZT/Pt or porosity-graded structure into a PZT piezoelectric plate. These actuators had no adhesive interface at which the fatigue failure take place, and could electrically make a bending deformation.2. The bending displacement property of the FGM piezoelectric actuator depended on the composition profile, and there existed the optimal composition profile that the bending displacement become the maximum. Moreover, the optimal composition profile could be easily predicted by the modified lamination theory.3. T … More he PZT/Pt compositionally graded piezoelectric bimorph actuator with the optimal composition profile exhibited nearly the same bending displacement as the non-graded bimorph actuator. Therefore, PZT/Pt compositionally graded piezoelectric bimorph actuator is estimated to have enhanced mechanical reliability without degradation the bending displacement characteristics. On the other hand, porosity-graded monomorph actuator exhibited a bending displacement characteristics that inferior to the non-graded unimorph actuator. Then, the profile design of physical properties for improvement of the bending displacement characteristics was attempted by modified lamination theory. As a result, it was predicted to be able to improve the bending displacement characteristics by introducing the profile with decreasing the piezoelectric constant and increasing the elastic modulus and the dielectric constant into the FGM monomorph actuator.4. The porosity-graded piezoelectric preform that have high open porosity and that is suitable for the achievement of the profile design for improvement of the bending displacement characteristics could be obtained by powder processing technology. This means that it is possible to fabricate the FGM monomorph actuator with the higher bending displacement and mechanical reliability by infiltration as a next process. Less
本研究的目的是开发具有功能梯度微结构(FGM)的压电致动器,其比传统的非FGM致动器具有更高的机械可靠性,旨在将压电致动器应用于微机电系统(MEMS)。结果如下: 1.通过在PZT/Pt材料中引入成分梯度结构或孔隙率梯度结构,可以逐渐改变PZT压电板中的电致应变。 PZT压电驱动器不存在发生疲劳失效的粘合界面,并能产生电弯曲变形。2.FGM压电驱动器的弯曲位移性能取决于成分分布,存在最佳成分分布。此外,通过改进的叠层理论可以很容易地预测最佳的成分轮廓。 3.最佳成分轮廓表现出与非梯度双压电晶片致动器几乎相同的弯曲位移,因此,估计 PZT/Pt 成分梯度压电双压电晶片致动器具有增强的机械可靠性,而不会降低弯曲位移特性。单压电晶片致动器表现出比非分级单压电晶片致动器差的弯曲位移特性然后,尝试通过改进的层压来改善弯曲位移特性的物理特性的轮廓设计。结果表明,通过在FGM单晶致动器中引入降低压电常数、增加弹性模量和介电常数的形状,可以改善弯曲位移特性。 4.通过粉末加工技术可以获得具有高开孔率并且适合于实现改善弯曲位移特性的轮廓设计,这意味着可以用粉末加工技术来制造FGM单晶致动器。通过作为下一道工序的渗透,获得更高的弯曲位移和机械可靠性。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
J.-F.Li: "Piezoelectric ceramic/metal bending actuators with functionally graded microstructures"Proceedings of the 7^<th> International Symposium on Functionally Graded Materials. 399-404 (2003)
J.-F.Li:“具有功能梯度微结构的压电陶瓷/金属弯曲执行器”第七届国际功能梯度材料研讨会论文集。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
J.-F.Li: "Fabrication and evaluation of porous piezoelectric ceramics and porosity-graded piezoelectric actuators"Journal of American Ceramic Society. (in press). (2003)
J.-F.Li:“多孔压电陶瓷和孔隙率梯度压电执行器的制造和评估”美国陶瓷学会杂志。
  • DOI:
  • 发表时间:
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    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
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K. Lee、Takagi、Terakubo、Watanabe:“Pb (Zr, Ti)O3/Pt 系统中压电陶瓷/金属复合材料的电气和机械性能”应用物理快报 79・15 (2001)。
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  • 发表时间:
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  • 通讯作者:
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