1 中南大学 粉末冶金研究院 粉末冶金国家重点实验室, 湖南 长沙 410083
2 中电科技集团 重庆声光电有限公司,重庆 401332
3 中南大学 化学化工学院, 湖南 长沙 410083
1-3型压电复合材料具备优异的机电耦合性能, 这对于高性能压电换能器的开发具有重要意义。该文采用低成本的切割填充法制备了不同结构参数的1-3型PZT/环氧树脂复合材料, 并结合有限元模拟法对其压电性能、机电响应特性和温度稳定性进行了系统地研究。1-3阵列结构对平面方向应变产生了很大的衰减, 使能量更集中于厚度共振模式。复合材料的高径比是影响机电耦合性能的主要因素, 更精细的阵列结构有利于高性能压电换能器的制造。在-20~60 ℃内, 1-3型压电复合材料的厚度机电耦合系数约为0.61, 变化率小于1%,表现出良好的温度稳定性。
1-3型压电复合材料 有限元仿真 机电响应特性 温度稳定性 1-3 piezoelectric composites finite element simulation electro-mechanical response characteristic temperature stability
1 中南大学 粉末冶金研究院 湖南 长沙 410083
2 空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室 北京空间飞行器总体设计部, 北京 100094
3 中南大学 化学与化工学院, 湖南 长沙 410083
3-3型压电复合材料在超声波传感器、水下声学检测等领域有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷通过复合有望制备具有低介电常数、低脆性等优点的复合材料。采用直写成型技术制备了PZT三维木堆结构支架, 结合浸渍法填充环氧树脂制备了3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料。研究了陶瓷相体积分数对3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料的介电、压电、铁电性能的影响, 并对比了PZT陶瓷支架与PZT/环氧树脂复合材料的介电与压电性能。研究结果表明, 随着陶瓷相体积分数的增加, 复合材料的介电常数、压电常数及剩余极化强度都会增大, PZT支架具有更大的介电常数、压电常数、压电电压常数; 当陶瓷相体积分数为36%时, PZT支架与PZT/环氧树脂的压电电压常数分别达到151.0 mV·m/N与104.0 mV ·m/N。PZT/环氧树脂复合材料同时具备了压电陶瓷的硬度、电性能, 以及聚合物的柔韧性、低密度等优势, 其应用前景良好。
压电复合材料 直写成型 锆钛酸铅 3-3型 电性能 piezoelectric composites direct ink writing lead zirconate titanate 3-3 type electrical properties
