底的材料沒有特別的限制，但是在施加外力時，所述支撐板不能發(fā)生變形以免影響壓電效應(yīng)的準確性。所述支撐板優(yōu)選為質(zhì)地較硬的材料，更優(yōu)選為氧化鋁、硬質(zhì)合金或天然硬質(zhì)材料。
[0026]為了使本申請所述撓曲電壓電復(fù)合材料具有較高的表觀壓電性能，所述壓頭與所述介電材料的接觸面積小于介電材料與壓頭接觸側(cè)介電材料表面的面積；所述支撐板與介電材料的接觸面積大于所述壓頭與介電材料的接觸面積。
[0027]撓曲電壓電復(fù)合材料的關(guān)鍵是使對材料所施加的外力能夠在材料中產(chǎn)生應(yīng)變梯度，由于材料具有撓曲電壓電效應(yīng)而產(chǎn)生機電耦合響應(yīng)，使材料表現(xiàn)出表觀的應(yīng)變效應(yīng)。
[0028]本申請?zhí)峁┝艘环N撓曲電壓電復(fù)合材料，在實際操作過程中，本申請通過對壓頭施加壓力，使一片兩面有電極的介電材料的兩面形成不對稱的外力，兩面外力使材料產(chǎn)生不同的應(yīng)變，從而在材料內(nèi)部形成應(yīng)變梯度，產(chǎn)生撓曲電效應(yīng)，進而表現(xiàn)出表觀的壓電效應(yīng)。
[0029]本申請?zhí)峁┝艘环N撓曲電壓電復(fù)合材料，其結(jié)構(gòu)可以簡單描述為:將兩面有電極的片狀介電材料放置于一個平面基板上，介電材料的一面電極與平板基板緊密接觸，在具有電極的另一個表面上，通過一個或多個面積比介電材料面積小的壓頭對樣品施加壓力。本申請的撓曲電壓電復(fù)合材料的選材廣泛，不受材料本身對稱性的限制，可以使用所有介電材料。由于此撓曲電壓電復(fù)合材料的壓電響應(yīng)來源于材料的撓曲電效應(yīng)，因此不需考慮材料在高溫下發(fā)生相變而失去壓電性，材料的這種表觀壓電性表現(xiàn)出高溫穩(wěn)定性；此撓曲電壓電材料的結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝亦簡單，可以根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)計壓頭的形狀和個數(shù)，也可以將多個復(fù)合材料串聯(lián)或并聯(lián)在一起獲得所需要的性能。
[0030]為了進一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明提供的撓曲電壓電復(fù)合材料進行詳細說明，本發(fā)明的保護范圍不受以下實施例的限制。
[0031]實施例1
[0032]利用傳統(tǒng)的固相合成法制備0.92Na1/2Bi1/2Ti03-0.08BaTi03陶瓷:將一定比例的Bi2O3' Na2CO3' BaCO3, T12 (分析純，國藥集團)加入酒精球磨6?8小時后烘干，在850°C保溫2h合成。然后將合成后的粉體球磨，加入適當?shù)恼辰Y(jié)劑，壓成直徑為25.4mm圓片，在1180?1200°C下保溫Ih燒結(jié)后，得到直徑約為20mm的陶瓷片。將陶瓷片雙面磨平，在兩個表面用離子濺射法鍍上金電極，然后放在平面基板上，用一個直徑為6mm圓球狀的壓頭對樣品施加外力，利用ZJ-6A準靜態(tài)d33儀測量，得到2?3pC/N的表觀壓電性能。
[0033]實施例2
[0034]利用傳統(tǒng)的固相合成法制備的BaT13陶瓷，即按照化學式配比一定量的BaCO 3和T12(分析純，國藥集團)加入酒精球磨6h后烘干，在1200°C保溫2h合成。然后將合成后的粉體球磨，加入適當?shù)恼辰Y(jié)劑，壓成直徑為25.4mm圓片，排塑后在1300°C下保溫2h燒結(jié)后，得到直徑約為21_的陶瓷片。將陶瓷片雙面磨平至厚度約為0.5_，在兩個表面用離子濺射法鍍上金電極，用一個直徑為6mm圓球狀的壓頭對樣品施加外力，利用ZJ-6A準靜態(tài)d33儀測量，得到80?100pC/N的表觀壓電性能。
[0035]實施例3
[0036]利用購買的軟性摻雜的鋯鈦酸鉛鐵電陶瓷(PZT-51)(淄博百靈功能陶瓷有限公司)，將陶瓷兩面磨平(直徑25mm，厚度0.5mm)，兩面制備上銀電極，放在平面基板上，用一個直徑為6mm圓球狀的壓頭對樣品施加外力，用ZJ-6A準靜態(tài)d33儀測量，得到10?50pC/N的表觀壓電性能。
[0037]對比例
[0038]采用與實施例3中相同的購買的軟性摻雜的鋯鈦酸鉛鐵電陶瓷(PZT-51)(淄博百靈功能陶瓷有限公司)，將陶瓷兩面磨平(長40毫米，寬10毫米，厚I毫米)，并在其兩面制備銀電極，用距離為30毫米的支撐物支起鋯鈦酸鉛鐵電陶瓷樣品兩頭，在樣品的另一面對樣品中間進行施加壓力，形成一個典型的三點彎結(jié)構(gòu)，這樣就形成了一個彎曲型的撓曲電壓電復(fù)合材料，用ZJ-6A準靜態(tài)d33儀測量，得到20?35pC/N的表觀壓電性能。
[0039]以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
[0040]對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種撓曲電壓電復(fù)合材料，包括依次疊加設(shè)置的壓頭、介電材料與支撐板；所述壓頭與所述介電材料的接觸面積與所述介電材料與所述支撐板的接觸面積不同，所述介電材料與所述壓頭接觸側(cè)的表面和所述介電材料與所述支撐板接觸側(cè)的表面均涂敷有電極材料，所述介電材料為片狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述壓頭與介電材料的接觸面積小于介電材料與壓頭接觸側(cè)介電材料表面的面積。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述支撐板與介電材料的接觸面積大于所述壓頭與介電材料的接觸面積。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述介電材料的厚度為大于Ocm且小于10cm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述介電材料為I片，所述支撐板為I片，所述壓頭為I個或多個。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述壓頭的形狀為尖狀、圓球狀或平壓頭狀。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述介電材料為介電系數(shù)大于2的介電材料。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述介電材料為含鉍的鐵電材料、含鉛的鐵電材料、鈦酸鋇基鐵電材料、鈦酸鍶基鐵電材料、(Na，K, Li) NbO3基鐵電材料或具有鎢青銅結(jié)構(gòu)的鐵電材料。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，電解材料為濺射金電極、濺射鉑電極，燒銀電極、濺射銀電極、鋁電極或鈀電極。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的撓曲電壓電復(fù)合材料，其特征在于，所述支撐板的材料為氧化鋁、硬質(zhì)合金或天然硬質(zhì)材料。
【專利摘要】一種撓曲電壓電復(fù)合材料，包括依次疊加設(shè)置的壓頭、介電材料與支撐板；所述壓頭與所述介電材料的接觸面積與所述介電材料與所述支撐板的接觸面積不同，所述介電材料與所述壓頭接觸側(cè)的表面和所述介電材料與所述支撐板接觸側(cè)的表面均涂敷有電極材料，所述介電材料為片狀。本申請通過壓頭對撓曲電壓電復(fù)合材料施加壓力，由于復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)使得材料兩面受力不對稱，介電材料在受力點附近會出現(xiàn)比較強的應(yīng)變梯度，產(chǎn)生撓曲電效應(yīng)，進而表現(xiàn)出表觀的壓電效應(yīng)。
【IPC分類】H01L41/18
【公開號】CN105140387
【申請?zhí)枴緾N201510532314
【發(fā)明人】初寶進, 周萬豐, 潘祺, 章小同, 陳攀
【申請人】中國科學技術(shù)大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月24日