基于Sm-PMN-PT和改进型DICH接口电路的压电取能功率提升方法

通过压电取能方式将电力设备表面的机械振动能转化为电能,是实现电力专用传感器无源化的有效途径之一。然而,传感器高集成度和小型化发展趋势对压电取能功率提出了更高要求。为此,提出一种基于钐掺杂铌镁酸铅-钛酸铅(Sm-doped Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3),Sm-PMN-PT)材料和改进型双中间电容回收(improved double intermediate capacitor harvesting,improved-DICH)接口电路的压电取能功率提升方法。首先,制备了不同Sm掺杂质量分数为x和PT质量分数为y的xSm-PMN-yPT压电双晶片,并对压电材料的性能参数进行了测试和对比;其次,在对比分析几种典型接口电路的基础上,设计了一种改进型DICH接口电路,并从理论上进行了取能功率的对比分析;然后,采用Multisim软件对不同接口电路的取能功率进行了仿真分析;最后,对Sm-PMN-PT压电双晶片和锆钛酸铅(Pb(Zr1–xTix)O3,PZT)压电陶瓷在不同接口电路下的取能功率和能量提取效率进行了对比测试。研究结果表明:基于2.5%Sm-PMN-32%PT材料和改进型DICH接口电路的压电取能装置具有516.3μW的高输出功率、61.1%的高能量提取效率和较强的负载适应性,在取能领域具有良好的工程应用前景。

极化调控PIN-PMN-PT铁电单晶压电性能的均匀性

弛豫铁电单晶具有优异的压电性能,在医学超声换能器、水声器件等领域有重要应用。坩埚下降法生长的弛豫铁电单晶不可避免地存在组分偏析,导致材料利用率极低。本工作测试了0.24PIN-0.46PMN-0.30PT铁电单晶沿生长方向压电系数(d_(33))和介电常数(ε_(33)^(T)/ε_(0))的变化,结果显示d_(33)和ε_(33)^(T)/ε_(0)沿着生长方向变化极大,能保持性能接近的区域不足20 mm。通过针对不同区域的极化设计,对铁电-铁电相变温度接近的区域进行极化调控,使超过60%晶体部分的d_(33)和ε_(33)^(T)/ε_(0)分别维持在(1500±140)pC·N-1和4900±350。为了验证极化调控后的晶体谐振区域是否一致,测试了两端区域的k_(33)振子的谐振谱,结果显示两者的机电耦合系数接近,谐振和反谐振的峰位置也接近,而且不存在额外的寄生振动,说明采用极化调控PIN-PMN-PT铁电单晶沿生长方向的均匀性是可行的。本工作为提高PIN-PMN-PT铁电单晶的利用率提供了一种参考方案。

基于PMN-PT的宽带高灵敏双谐振式声发射传感器研究

声发射传感器被广泛应用于局部放电检测中,而基于PZT压电陶瓷的声发射传感器难以同时满足越来越高的灵敏度和带宽需求。该文设计了一种双谐振式声发射传感器,采用高性能铁电单晶PMN-PT作为压电振子,并使用谐振峰耦合,可同时提升灵敏度和带宽。所制备的传感器实现了76.2 dB的高灵敏度,20~105 kHz的大带宽,且具备良好的稳定性。对比基于PZT-5H的声发射传感器,其具有更高的灵敏度和信噪比。

PMN-PT单晶与Ag电极共烧界面结构及扩散行为研究

采用丝网印刷工艺在PMN-PT弛豫铁电单晶晶片表面涂覆了中温及高温两种银浆,通过快速烧结工艺分别在650和850℃条件下制备了银电极。采用扫描电子显微镜观察银电极表面及金属-晶体界面的微观结构,采用能谱分析了界面的元素分布情况。银电极厚度为几十微米,呈多孔结构,与晶体结合良好。经过烧结后,晶体中的Pb、Nb、Ti等原子向银电极发生了迁移,而高温银浆烧结后在界面形成几微米厚的过渡层,晶体中原子向电极中的迁移大幅度减少。不同晶向的PMN-PT晶片在高温下向银电极扩散过程中具有很强的晶面效应,[110]方向晶体中Pb、Nb、Ti原子向电极中的扩散程度小于[100]方向晶体。

飞秒激光直写诱导PMN-PT晶体表面LIPSS结构相变特性

本文提出一种由飞秒激光直写技术诱导的基于弛豫铁电体PMN-PT晶体的表面周期结构(LIPSS),通过不同激光参数的改变,实现了LIPSS结构周期从750 nm到3μm的变化。最后,通过升高温度探究了LIPSS结构的相变特性。对比基底的相变特性,飞秒激光诱导的LIPSS结构的居里温度有明显的降低,这一特性将会为基于PMN-PT晶体的温控调制器的制备提供新思路。

超快激光制备高频1-3型PIN-PMN-PT复合材料超声换能器

与其他压电材料相比,1-3型压电单晶复合材料具有优异的压电性能和更匹配的声学特性,更有利于制备出性能优异的超声换能器。该文通过有限元软件COMSOL对复合材料的振动模态及阻抗特性进行了系统的研究,同时采用皮秒激光制备了高频1-3型Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)(PIN-PMN-PT)铁电单晶/环氧树脂复合材料,并进行了性能表征。该1-3复合材料机电耦合系数为0.65,声阻抗为19.96 MRayls。该复合材料可用于制备高频超声换能器,结果表明,换能器中心频率为17.68 MHz,-6 dB带宽为84.38%,插入损耗为-25.4 dB。

PMN掺杂酯醚共聚聚氨酯压电阻尼材料的制备及其表征

通过溶液共混法制备了铌镁锆钛酸铅(PMN)掺杂酯醚共聚聚氨酯压电阻尼材料,并研究了PMN含量对材料阻尼性能、压缩生热、压电性能及力学性能的影响。结果表明,PMN可有效改善材料的阻尼性能,并且可以降低材料因阻尼效应而产生的温度升高,同时也可赋予材料一定的压电性,但当PMN含量过高时反而不利于材料阻尼性能和力学性能的提高。

BiFeO_3对0.02PNW-0.07PMnN-0.91PZT低温烧结陶瓷微观结构和压电性能的影响

研究了BiFeO3对950℃烧结Pb0.94Sr0.06(Ni1/2W1/2)0.02(Mn1/3Nb2/3)0.07(Zr0.51Ti0.49)0.91O3(0.02PNW-0.07PMnN-0.91PZT)陶瓷微观结构和压电性能的影响。结果表明:少量BiFeO3可加速致密化过程、促进晶粒长大,并导致准同型相界(MPB)向富Ti区移动和晶胞收缩;过量BiFeO3对晶粒长大起到抑制作用,并在晶界处引入较多气孔。微观结构的变化使性能曲线表现出转折点,最优的压电性能在10mol%BiFeO3处获得。

脉冲激光沉积PMN-PT薄膜及其性能研究

以较低温度烧结获得的PMN-PT块材料为靶,采用脉冲激光沉积方法在石英衬底上制备了PMN-PT薄膜,研究了后续退火处理对PMN-PT薄膜的结构及光学特性的影响.结果显示,采用脉冲激光沉积可获得质量较好的钙钛矿结构的PMN-PT薄膜,优化的后续退火温度大约在550℃～750℃之间.

LPS的直接诱导对肺微血管内皮细胞ICAM-1的表达及对PMN黏附作用影响的研究

目的探讨内素毒(Endotoxin LPS)的直接诱导作用对肺微血管内皮细胞(PMVEC)ICAM-1表达的影响及诱导发生的PMVEC对多形核中性粒细胞(PMN)黏附作用的影响。方法100ng/m l LPS刺激PMVEC 0、2、4、6、8 h或10、50、100 ng/m l LPS刺激6 h,同时检测PMVEC ICAM-1的表达(免疫细胞化学法)、PMVEC-PMN黏附率及抗ICAM-1抗体对黏附作用的影响,并进行PMVEC与PMN黏附作用的扫描电镜观察。结果LPS的直接刺激可诱导PMVEC ICAM-1的表达增加,且表现为随LPS刺激的时间、剂量增加而增加;同时LPS直接刺激也促进了PMVEC对PMN的黏附率增加,其变化在时间与方式上几乎与ICAM-1的表达增加同步。Anti-ICAM-1抗体可以显著地抑制LPS诱导的PMVEC-PMN黏附(P<0.01)。扫描电镜可以直观地显示PMVEC-PMN黏附的超微结构表现,并且首次通过这种方式观察到了“间接系链”现象的存在。结论表明细菌致病因子LPS的直接诱导可以促进PMVEC表达ICAM-1,从而为PMVEC-PMN的黏附提供物质基础,而“间接系链”的发生更扩大和巩固了黏附效果。

硝酸锰对PMN-PZT热释电陶瓷性能的影响

研究了硝酸锰溶液掺杂对富锆铌镁酸铅-锆钛酸铅(PMN-PZT)热释电陶瓷材料的相组成、微观结构、介电性能、热释电性能等方面的影响,并对实验结果作出物理机理的解释。实验结果表明,以液态硝酸锰的形式进行锰掺杂使锰的加入更容易,有效改善了固态锰掺杂时析出损失和混合不均等问题;适量的硝酸锰溶液掺杂有助于陶瓷晶粒的生长,能有效地降低PMN-PZT陶瓷材料的相对介电常数(rε)和介电损耗(tanδ),并增加其热释电系数(p);在x(Mn)=3.0%时,制备出综合热释电性能良好的PMN-PZT热释电陶瓷,即室温时rε=197,tanδ=0.15%,p=3.5×10-8C/cm2℃,探测优值FD=8.7×10-5Pa-1/2,低温铁电相-高温铁电相(FRL-FRH)相变温度时rε=300,tanδ=0.45%,pmax=35×10-8C/cm2℃,FD=40.5×10-5Pa-1/2,符合制作热释电红外探测器的要求。

PMN基复相弛豫铁电陶瓷电致应变及其温度稳定性的研究

用熔盐法制备的不同居里温度的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3基陶瓷预烧粉体和烧结粉体为初始高、低温组元,采用混合烧结法制备出PMN基弛豫铁电复相陶瓷,研究了PMN基复相陶瓷的介电性能和电致伸缩性能及其温度稳定性。结果表明:采用烧结粉体制得的复相陶瓷不仅具有较大的介电常数(室温介电常数为8368)和电致应变2.8×10-4,而且在-10^+70℃范围内温度稳定性也较好。

弛豫铁电体材料PMN及PMN-PT的电子显微学研究

弛豫铁电体PMN(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3)和PMN-xPT(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3)由纳米畴结构组成。在弛豫铁电体PMN中B位有序的模型,以及有序畴和极化微区的关系是长期悬而未决的科学问题。本文采用纳米束电子衍射和能谱分析结合的手段确定了B位有序的杂乱位置模型;在有序畴和无序基体之间的成分波动最剧烈,有序无序界面可能是极化中心的位置;电子衍射和高分辨像还发现了片状反铁电畴结构,这种结构与铁电有序相互竞争,使得PMN中局部结构的相互竞争更加复杂。在PMN-xPT中准同型相界附近的单斜相的本质一直存在异议,X光衍射、中子衍射以及偏光显微镜只能给出宏观的结果,不能给出纳米尺度的结构信息,本文利用会聚束电子衍射,成功的解决了这一问题,确定单斜相MC具有多层次的畴结构,在纳米尺度具有四方对称性,而在宏观尺度由于平均效应具有单斜对称性。文中还讨论了采用电子显微学方法研究铁电体时,遇到的技术难点及相应的解决方法。

PMN-PT单晶铁电畴的扫描探针显微术

利用在商用原子力显微镜基础上自行建立的压电响应力显微术(PFM)和低频扫描探针声学显微术(LF-SPAM)系统地开展了PMN-PT弛豫铁电单晶铁电畴结构的高分辨率成像研究。成功地观察到了准同型相界附近不同组成的PMN-PT弛豫铁电单晶精细的纳米铁电畴构型。首次获得了内应力诱导的"W"形状电畴结构的低频扫描探针声学像及其声成像频率特性,揭示了铁电畴的声成像机制源于不同极化取向铁电畴与探针互作用的接触刚性。

PMN对链球菌组蛋白样蛋白释放的影响

为观察人多形核白细胞 (PMN)对链球菌组蛋白样蛋白 (HlpA)释放的影响 ,将PMN与链球菌以一定比例共同作用后取上清液做免疫印迹试验。发现与抗HlpA抗体特异性结合的蛋白条带。提示PMN作用于链球菌后 。

PMN-PT驰豫铁电单晶及其超声换能器性能研究

测试了ＰＭＮ－ＰＴ（６７／３３）切型铁电单晶的机电性能，分析了该晶体与常用压电材料在微观结构和机电性能上差异．对该压电单晶未调制下纵向长度伸缩振动模超声换能器性能进行了理论分析．讨论了压电单晶的机械和介电损耗对超声换能器性能的规律．

掺La对PMN基陶瓷电致应变及其温度稳定性的影响

采用NaCl KCl熔盐法制备了掺镧的PMN基陶瓷并研究镧掺杂对PMN基陶瓷的相结构、介电性能、电致伸缩性能及其温度稳定性的影响.实验结果表明,随着镧含量的增加,陶瓷的钙钛矿相含量、介电常数、纵向电致应变逐渐减小,但陶瓷的介电性能和电致应变的温度稳定性却得到了改善.分析了掺镧改善其温度稳定性的原因,是由于掺镧增加了A位、B位成分不均匀性所致.

高介电常数0.92PMN-0.08PT陶瓷介电和储能性能研究

以PbO,MgO,Nb2O5,TiO2为原料,采用两步固态反应法制备了纯钙钛矿相的0.92PMN-0.08PT陶瓷,并对其相的组成、微观形貌、介电性能和储能性能进行了研究。在25℃,1kHz条件下,该陶瓷的相对介电常数高达27 480,介电损耗tanδ仅为4%,电滞回线形状细长,剩余极化很小,可释放的能量密度达0.31J·cm-3。结果表明:室温下该陶瓷具有优良的介电和储能性能。

四方相铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)铁电单晶的弹性、介电、压电和机电性能

研究了四方相弛豫铁电单晶Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-38％PbTiO3(PMNT62/38)的介温特性,并利用HP4192A阻抗分析仪测量了PMNT62/38单晶完整的一套弹性、介电、压电和机电耦合系数,为理论研究和器件设计提供了参考,其居里点Tc～174℃;压电应变常量d33～300pC/N;介电常数C33～734,ε11～4301;机电耦合因数k33～84.6％,kt～60.8％,k31～44.5％,k15～45.9％.

铬掺杂对PZT-PMN陶瓷材料性能的影响

采用ＴＥＭ、ＳＥＭ、ＥＳＲ（电子自旋共振）结合常规压电性能测试手段研究了Ｃｒ２Ｏ３掺杂对ＰＺＴ－ＰＭＮ陶瓷的压电性能、微结构及畴态的影响．压电性能测试结果表明，当Ｃｒ２Ｏ３含量低于０．０６Ｗｔ％时，可使Ｋｐ和Ｑｍ同时提高，这说明铬掺杂同时兼具“软掺杂”与“硬掺杂”的双重特性．此外，还发现随着烧结温度的提高，材料性能“硬化”明显．ＥＳＲ谱分析表明，Ｃｒ离子主要以Ｃｒ３＋和 Ｃｒ５＋的方式共存，随着烧结温度的提高，它有从高价态 Ｃｒ５＋或Ｃｒ６＋向低价态转变的趋势，这一价态变化被认为是材料性能随烧结温度提高而“变硬”的主要原因之一．ＴＥＭ图片显示，随着掺杂的Ｃｒ２Ｏ３的浓度的增大，由于氧空位或受主离子与氧空位构成的缺陷复合体对畴壁的钉扎，电畴将从正规带状畴向波纹状畴转变．