压电电子学及其仿生智能传感

在低维压电半导体材料(比如ZnO和GaN)中,压电极化和半导体电子传输特性的耦合可以给器件带来预想不到的性能.这大大提高了研究人员对压电电子学这一新兴领域的兴趣.另外低维压电半导体材料拥有优异的机械特性,可以被集成到能够应对巨大应力的柔性器件中,外部的机械刺激为柔性器件运行中的电荷-载流子传输,载流子的产生、复合以及分离提供了新的调制方法.本综述回顾了压电电子学的基础理论,不同维度材料体系中的压电电子学,压电电子学晶体管的分类,及广义压电电子学晶体管的应用方面的最新研究进展,并对将来的研究方向进行了深入讨论.     

具有分支电路的半主动可控压电阻尼减振

分支电路系统中不同电器元件及其不同布置组合,可以构成不同的半主动压电阻尼系统.文中给出一种新型的半主动分支电路的可控压电阻尼技术,并以一个悬臂梁为例,对该方法的有效性进行验证.对悬臂梁处在不同模态或不同位置单个传感器的情况,通过调节可变电容,使电路的振荡频率和模态频率相吻合,从而得到振幅减少的百分比和最佳传感器位置.     

锰掺杂BNT-BaTiO3陶瓷微结构和电性能的研究

研究了(Bi1/2Na1/2)TiO3-BaTiO3压电陶瓷在准同型相界附近锰离子掺杂对材料微观结构、压电和介电性能的影响.采用XRD和SEM等方法对材料的相结构和晶粒生长情况进行了研究.结果表明:掺锰有促进烧结的作用并能使晶格发生畸变,使相结构中的四方相向三方相转变;当掺杂量质量分数为0.3%时,可以获得较好的综合性能,压电常数d33=124 pC/N,径向机电耦合系数kp=31%,介电常数3Tε3/0ε=615,介电损耗tanδ=0.014,机械品质因数Qm=267,频率常数Np=3 050 Hz.m.     

具有钙钛矿结构的分子铁电体研究进展

铁电材料是一类重要的功能性材料,由于其特殊的可翻转的自发极化,铁电材料在能源、信息、传感、医学等领域都有着广泛的应用.自20世纪以来,具有钙钛矿结构的铁电材料由于其优异的性质一直活跃在应用的舞台上,而其中应用较为广泛的几乎都是无机钙钛矿材料.近年来,随着科学技术的发展,人们发现了众多具有钙钛矿结构的分子铁电体.这些新型的分子铁电体具有较低的声阻抗、容易进行结构设计和调控、容易实现多种功能特性等优点,有望在柔性电子学、薄膜器件等应用中成为无机钙钛矿铁电材料的有益补充.本文结合分子钙钛矿铁电体的设计思路,对近年来其在压电、能隙调控、光电等功能特性方面取得的进展进行了介绍.     

基于分子动力学的P(VDF50-TrFE50)高电场极化仿真

P(VDF-TrFE)类共聚物具有优异的铁电性能,可用于制作柔性压电传感器。在试验研究中,通常采用高电场极化来增强其压电效应。为了研究该共聚物的传感特性,本文利用分子动力学模拟软件Materials Studio(MS)建立P(VDF₅₀-TrFE₅₀)的三维晶胞模型,模拟高电场极化过程,分析各项极化条件对其剩余极化的影响。结果显示：在高电场强度下,晶胞内的大部分铁电畴在极短时间内完成翻转;P(VDF₅₀-TrFE₅₀)的极化强度与外加电场强度正相关,但当电场强度高于5 V/nm后,极化强度增长减缓;晶胞在低温时保持铁电相而在高温时转变为顺电相;被充分极化的P(VDF₅₀-TrFE₅₀)晶胞的最高剩余极化强度为59.94 mC/m²。该研究表明MS软件具有模拟P(VDF-TrFE)聚合物材料压电特性的能力,可为后续试验研究及传感器制作提供仿真依据。     

压电智能材料在悬臂梁结构振动控制中的应用

研究压电材料在柔性悬臂梁结构振动控制中的应用,采用压电有限元方法对压电智能梁的响应进行了数值模拟,在考虑压电片与悬臂梁之间相互耦合作用的基础上,通过有限元软件ABAQUS数值模拟获得压电智能梁在简谐荷载下的响应,并与有关试验结果进行对比来修正压电应变常数及介电常数等参数.通过数值算例对地震荷载作用下压电梁的振动响应进行了数值模拟,结果表明,压电材料对柔性结构的振动控制效果显著,最大控制效率能达到45%左右.     

耦合双梁的非线性压电俘能器设计及仿真研究

针对传统双稳态压电俘能器在低幅值激励下不易进行高能阱间运动的问题,设计了一种耦合双梁的非线性压电俘能器.利用集中参数法对系统进行了数学建模.对传统双稳态俘能器与本文所设计的俘能器进行了数值仿真,对比分析了两者在简谐激励与线性升频激励下的动态响应及俘能性能.仿真分析结果表明,通过调整系统结构参数,该非线性俘能器在工作频带...     

大功率锆钛酸铅压电陶瓷A位置换的研究

为制备大功率低损耗压电陶瓷材料,对锆钛酸铅压电陶瓷材料进行了A位置换的比较研究.实验结果表明:采用摩尔分数为5%的Sr进行A位置换,制备的陶瓷具有较低的介电损耗和较优的压电性能;而采用摩尔分数为5%的Ba置换,陶瓷则具有较大的介电损耗.采用摩尔分数为5%的Ba和5%的Sr的复合置换,陶瓷能获得较好的综合性能,其性能指标tajnδ,Qm,KP,d33和εr分别为0.47%,2 065,0.515,322 pC/N和1 470,适合于大功率器件的应用.     

地震预警技术研究探讨

地震预警是指在地震发生时,抢在地震波传播到设防地区前,向设防地区提前几秒到数十秒发出警报,以减小当地损失的一种技术.目前很多国家如中国、日本和墨西哥等国家已经研发了针对特定工程、城市以及特定区域的地震预警系统.本文从地震预警原理、地震预警盲区、地震预警模式出发总结分析中国、日本和墨西哥的地震预警系统的发展及存在的问题,总结了目前地震预警的相关技术,包括观测台站的布局、地震烈度、地震观测系统和压电地震检波器等,最后指出了目前地震预警存在的问题,并对中国未来的预警系统发展提出了建议.     

准晶材料断裂力学复变函数方法的发展及其应用

对准晶材料断裂力学复变函数方法的发展进行了简要介绍,并采用复变函数方法研究了含螺型位错的立方准晶压电材料的断裂问题。基于立方准晶压电材料反平面弹性问题的基本方程,获得了控制方程,并给出控制方程一般解的复变函数表示。在此基础上,结合位错边界条件,获得了声子场和相位子场位移与应力的解析表达式,为立方准晶压电材料的应用奠定了理论基础。