钹式换能器等效压电系数理论分析

将钹式换能器端帽视为圆板与锥壳的组合体,应用板壳理论,对钹式换能器金属端帽进行了力学分析,明确了端帽对压电元件的作用力。基于压电理论,对压电元件进行分析,确定了钹式换能器等效压电系数,并与已有实验数据进行对比分析。结果表明,所给出的等效压电系数最大误差小于5%,具有较高的计算精度。进而,讨论了端帽小端半径、大端半径、壁厚、锥半角和压电元件厚度对钹式换能器等效压电系数的影响,为钹式换能器优化设计提供了依据。

提高压电微探针表面信息读取电荷灵敏度的方法

分析了基于原子力显微镜(AFM)探针阵列的超高密度信息存储中压电方式读取纳米数据坑的电荷灵敏度,从探针结构设计的角度指出通过改进上电极钝化层的设计可以使电荷灵敏度提高约50%;在读取电路中引入直流偏置电压,通过提高锆钛酸铅(PZT)薄膜的等效横向压电系数d31进一步提高电荷灵敏度.利用硅片悬臂梁上溶胶-凝胶法制备的PZT薄膜,基于正压电效应实验验证了施加直流偏置电压对d31的提高作用.直流偏压从0 V增加到10 V时,等效横向压电系数d31从-48 pC/N提高到-120 pC/N.

电激励下基于挠曲电效应的外毛细胞力电耦合分析

耳蜗内的外毛细胞在电激励下的力电耦合运动是耳蜗放大主动机制的重要基础.以耳蜗外毛细胞为研究对象,基于外毛细胞侧壁的特殊膜结构,推导膜曲率变化、轴向伸缩与跨膜电位差之间的相互关系,建立外毛细胞挠曲电-压电线性等效模型,进而获得整体的等效压电系数.建立外加电激励下细胞轴向振动的动力学控制方程和动态电学方程,并结合相应的力学和电学边界条件进行分析,从频域上讨论细胞材料参数和流体阻力对外毛细胞电动性机制的影响.计算结果表明:在高频区域随着激励频率的增加,流体阻力限制机械功的输出;机械功输出大小和峰值所对应的激励频率与细胞长度、外膜挠曲电系数和细胞基部电阻抗有关,当细胞越长、挠曲电系数或细胞基部电阻抗越大时,机械功输出越大,其对应峰值的激励频率越小.