本文主要研究了二维Janus型铬硫化物［Janus CrXY (X/Y=S, Se, Te)］的电子、压电性质。结果表明Janus CrXY是优良的半导体材料, 其带隙宽度为0.27~0.83 eV, x轴方向的应变调控对带隙影响较大, 而z轴方向的应变调控对带隙影响很小, 说明该体系电子特性在z轴方向具有良好的稳定性。通过密度泛函微扰法对体系的压电特性进行研究, 结果表明, 三种材料均具有较大的面外压电系数d33, 特别是CrSeTe的d33可达56.89 pm/V, 约是常用压电材料AlN(d33=5.60 pm/V)的10倍。本研究可为二维Janus CrXY在柔性智能纳米领域的实际应用提供理论支撑。
二维材料 Janus CrXY材料 密度泛函理论 第一性原理 电子特性 压电特性 two-dimensional material Janus CrXY material density functional theory first principle electronic property piezoelectric property
上海交通大学 机械系统与振动国家重点实验室, 上海 200240
利用柔性压电材料从流体的流动中获取能量已成为一个研究热点。该文研究了一种压电纤维复合材料(MFC)在水中摆动激励下的压电特性, 建立了MFC压电纤维片在水中摆动激励下的数学模型, 并结合MFC压电纤维片的压电输出机理得出影响MFC压电纤维片输出开路电压幅值大小的因素。最后设计搭建了MFC压电纤维片在水中摆动的试验台, 利用该试验台验证了模型的正确性, 并研究了MFC压电纤维片在不同摆动频率下的压电特性。结果表明, 在摆角幅值为10°, 摆动频率为1.75 Hz时, MFC的输出开路电压幅值取得最大值(600 mV), 继续增大摆动频率, 输出开路电压幅值逐渐减小。
压电纤维复合材料(MFC) 摆动模型 压电特性 试验研究 试验台 piezoelectric fiber composites(MFC) swing model piezoelectric characteristics experimental study test bed
1 太原理工大学 机械工程学院, 山西 太原030024
2 煤矿综采装备山西省重点试验室, 山西 太原 030024
为了对基于柔性压电材料的流致振动俘能装置的设计优化提供技术支持, 对一种压电纤维复合材料(MFC)的压电纤维片在弯曲摆动作用下的压电特性展开研究。首先理论分析了MFC压电纤维片的压电输出机理, 并建立了压电模型, 得出影响MFC压电纤维片输出开路电压幅值大小的各种因素; 然后设计搭建了一种基于步进电机的MFC压电纤维片往复弯曲摆动试验台, 利用该试验台研究了MFC压电纤维片在不同弯曲角度、弯曲摆动速度、基板、表面积等因素下的压电特性。研究结果表明, MFC压电纤维片的输出开路电压幅值随纤维片弯曲角度的增加而增大, 当输出电压幅值达到最大值, 继续增加弯曲角度, 输出开路电压幅值不会产生明显变化; 其输出开路电压幅值随压电片表面积的增加而变大; 弯曲摆动速度及基板对输出开路电压幅值影响较小。
压电纤维复合材料 压电模型 试验台 压电特性 试验研究 piezoelectric fiber composites piezoelectric model test bench piezoelectric property experimental study
模仿昆虫感受器的结构，设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统，验证了SMPF对于气流速度的传感能力。实验结果表明，SMPF的输出信号和气流速度的平方成线性关系，验证了理论模型，表明SMPF具有感知气流速度的能力。将纤维呈阵列排布置于风洞流场中，用气流对纤维阵列进行冲击，搭建实验系统，验证了纤维在流场中的传感特性，并进行有限元仿真分析。实验结果表明，在风洞装置中，当有气流流过时，会产生流动边界层，且沿着气流速度方向边界层厚度越来越厚，同一截面上的气流速度差也越来越大。实验结果验证了理论模型，表明SMPF具有感知流场分布的能力。
仿生毛发 表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF) 压电特性 气流传感模型 传感器 流动边界层 bionic hair polyvinylidene fluoride(PVDF) fiber sensor(SMPF) piezoelectric properties air flow sensing model sensor flow boundary layer
针对传统静电纺丝法制备聚偏二氟乙烯(PVDF)压电纤维工艺复杂和效率低等问题，提出了采用滚筒收集方式制备PVDF有序纳米纤维的方法。通过改变滚筒转速收集纤维，得到了有序程度不同的PVDF纤维膜。用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析了有序纤维膜β晶相的含量，并利用NI数据采集卡在相同条件下测试了纤维膜的压电特性。结果表明: 随着滚筒转速提高，纤维有序度增强，β相的含量提高，压电电压输出也明显增大，由此得知滚筒转速变化对β晶相的含量及压电输出电压的影响规律基本一致。基于得到的结果，设计制作了利用该有序PVDF纤维膜的压力传感器，并在不同气压下进行了动态响应测试。结果显示: 所制备的PVDF有序纤维压力传感器在0.145~0.165 MPa下的电压输出随气压的增加呈线性增大，表现出了良好的线性度，其灵敏度达179 mV/kPa。采用该种方法制备PVDF纤维对研制动态压力传感器极有意义。
静电纺丝 滚筒收集 聚偏二氟乙烯有序纳米纤维 压电特性 压力传感器 electrospinning rotating drum collection aligned Poly Vinylidene Fluoride( PVDF) nanofiber piezoelectric property pressure sensor 光学 精密工程
2016, 24(10): 2498
中国工程物理研究院 电子工程研究所, 四川 绵阳 621999
通过射频磁控溅射在氧化硅片表面沉积ZnO/Au薄膜,并通过不同的热处理方式对薄膜进行退火。为了研究退火对ZnO/Au薄膜结构和压电特性的影响,采用X射线衍射分析(XRD)、光学显微镜、场发射扫面电镜(FESEM)和压电力分析仪对薄膜退火前后的材料特性进行了分析。研究发现,热处理能够改善ZnO/Au薄膜的结晶质量。特别是在氮气保护氛围下慢速退火后,薄膜结晶质量有明显改善。但是,热处理导致了薄膜的压电系数d33和d31降低。分析认为,热处理过程中Au原子在ZnO中的易迁移特性破坏了ZnO/Au薄膜的压电性能。
薄膜 压电特性 结构特性 退火 ZnO/Au ZnO/Au film piezoelectric properties structure properties annealing 强激光与粒子束
2015, 27(2): 024133
介绍可测量压电陶瓷压电特性的激光干涉调制测量方法.采用相干检测原理对信号进行提取,不仅可以抑制噪声对干涉信号的影响,而且还可以大大降低光电探测器和电路的1/f噪声.与通常干涉仪测量方法相比,这种方法具有测量灵敏度高等优点.利用该方法对压电陶瓷压电特性进行了测量,讨论了激励电压信号的频率、幅度对压电陶瓷压电常数d31的影响,并对其压电迟滞曲线进行了测量.
激光干涉 调制检测 压电陶瓷 压电特性 laser interferometry modulation measurement piezoelectric ceramic piezoelectric characteristic
