贵州振华红云电子有限公司，贵州 贵阳 550018
采用固相法制备了Bi2O3掺杂的Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3压电陶瓷，研究了体系的微观结构，以及Bi2O3掺杂量对体系压电性能的影响；将体系最优性能的样品装配成微型气泵，并与日本村田的MZB1001T02微型泵进行了性能对比。研究表明，Bi2O3掺杂Ba0.85Ca0.15(Zr0.1Ti0.88Mn0.02)O3的无铅压电陶瓷呈单一的钙钛矿结构，少量的Bi2O3掺杂使体系保持了三方-四方相共存的特性。当掺杂量(质量分数)为0.05%时，样品晶粒分布均匀，介电和压电性能最优，即εT33=5 289、kp=0.46、d33=377 pC/N、tan δ=0.72%、Tc=80 ℃，样品具有典型的介电弛豫特性。将上述样品装配在微型气泵中，在输入频率(25±2) kHz、输入电压15 V条件下，测得微型气泵的气压略低于日本村田的微型泵。在某些对气压要求不高的领域，样品能够满足使用要求。
Bi2O3掺杂 无铅压电陶瓷 介电和压电性能 微型气泵 Bi2O3 doped lead-free piezoelectric ceramics dielectric and piezoelectric properties micro air
光学 精密工程
2023, 31(23): 3438
杭州电子科技大学 新型电子器件与应用研究所, 浙江 杭州 310018
压电陶瓷驱动电源是微位移系统的关键组成部分。为了满足系统对高稳定性、高精度的应用需求，该文设计了一种基于PB58高压运放的新型驱动电源，采用STM32单片机控制输入信号，接收并监控输出信号状态。采用反馈零点补偿和噪声增益补偿相结合的方式提高了放大电路的稳定性。对搭建完成后的系统进行测试分析，最终证明该电源系统具有稳定性高，响应速度快，输出功率大的特点。
压电陶瓷 功率放大 驱动电源 单片机 相位补偿 piezoelectric ceramics PB58 PB58 power amplifier drive power supply microcontroller phase compensation
北京工业大学 材料与制造学部, 北京 100124
(K, Na)NbO3(KNN)基无铅压电陶瓷作为一种环境友好型材料, 兼具较高的居里温度和可调控的相界结构, 在压电器件领域展示出潜在的应用前景, 引起了广泛关注和大量研究。对其物相组成、制备工艺、性能调控等方面的研究进展进行了评述, 并重点介绍了其在压电器件领域的实际应用, 最后对KNN及其在器件应用方面未来的研究和发展方向进行了总结展望。
无铅压电陶瓷 材料设计 制备工艺 性能调控 器件应用 lead-free piezoelectric ceramics material design preparation process performance regulation device application
刘铭 1,3,4米正辉 1,3,4,*潘卫民 1,3,4葛锐 1,3,4[ ... ]王子晗 1,3,4
1 中国科学院 高能物理研究所，北京 100049
2 散裂中子源科学中心，广东 东莞 523803
3 中国科学院 粒子加速器物理与技术重点实验室，北京 100049
4 中国科学院大学，北京 100049
中国散裂中子源二期升级采用超导腔技术方案，其中在165～300 MeV能量段采用648 MHz 6-cell 超导腔模组，每个模组中集成3只6-cell超导腔。超导腔工作在脉冲模式，为了保证超导腔2 K下的频率满足运行要求，每只超导腔需要一套低温调谐器对其频率进行精确调节控制。针对648 MHz 6-cell超导腔的结构和运行特点进行了低温调谐器的设计，采用快慢组合机构补偿超导腔的频率偏移，对调谐器的基本性能和超导腔脉冲模式运行下的动态洛伦兹失谐进行了分析。
超导腔 调谐器 动态洛伦兹失谐 压电陶瓷 superconducting cavity tuner dynamic Lorentz detuning piezoelectric ceramics 强激光与粒子束
2023, 35(12): 124007
1 东南大学 仪器科学与工程学院, 江苏 南京 210096
2 南京先进激光技术研究院, 江苏 南京 210038
由压电陶瓷驱动的快速反射镜(FSM)现已被广泛用于自适应光学系统的执行环节, 为了对其迟滞效应精确建模, 该文提出了一种针对FSM的IDE-BPNN建模方法。基于Madelung法则以最小二乘法构建称迟滞算子作为迟滞运动的基本描述, 扩展训练用的数据集, 并采用改进的差分进化算法(IDE)对BP神经网络(BPNN)进行训练。实验表明, 当输入30 Hz衰减的正弦信号时, IDE-BPNN模型的单轴最大误差为0.745 μrad, 归一化最大误差为0.87%, 归一化均方根误差为0.36%。相较于最小二乘建模法, 相对于最小二乘模型误差大幅缩小, 有较好的使用价值。
快速反射镜 压电陶瓷 迟滞效应 差分进化 神经网络 fast steering mirror piezoelectric ceramics hysteresis differential evolution neural network
1 国网陕西省电力有限公司电力科学研究院, 陕西 西安 710100
2 国网(西安)环保技术中心有限公司, 陕西 西安 710100
3 国网陕西省电力有限公司, 陕西 西安 710048
4 国网陕西省电力有限公司超高压公司, 陕西 西安 710026
该文采用传统固相反应法制备了W6+掺杂的0.07Pb(Sc0.5Nb0.5)O3-0.93Pb(Hf0.47Ti0.53)O3(PSN-PHT)陶瓷, 详细分析了样品的晶体结构、压电和介电性能。实验结果表明, W6+掺杂可以提高钙钛矿结构中三方相的含量, 有效增加晶粒尺寸, 提高压电系数。当W6+掺杂量(摩尔分数)为1.0%时, 样品具有最佳的压电和介电性能, 即d33=585 pC/N, TC=323 ℃, εr=2 088。同时, 样品的d33在200 ℃去极化温度下仍保持570 pC/N的高值, 且经过1 080 min保温后, 压电常数略微降低, 此时d33仍可达到537 pC/N, 变化仅为5.7%。上述结果表明, W6+掺杂不仅可以提高压电系数, 同时也可增强陶瓷的温度稳定性, 使该陶瓷体系能在更宽的温度范围内使用。
压电陶瓷 掺杂 固相反应 温度稳定性 piezoelectric ceramics doping solid state reaction temperature stability
强激光与粒子束
2023, 35(10): 101007
针对压电叠堆迟滞带来的非线性效应严重制约系统控制精度提升的问题, 该文提出了一种基于复合控制的压电驱动器控制方法, 对系统非线性误差进行建模补偿, 并基于数控芯片实现了嵌入式驱动设计。采用广义PI模型对被控压电促动器进行建模, 利用指数函数作为密度函数, 并基于粒子群算法对包络函数和密度函数进行参数寻优, 最终得到压电促动器的前馈补偿逆模型, 结合比例积分控制率实现系统的复合控制。同时采用数字信号处理结合现场可编程门阵列(DSP+FPGA)的数控架构, 既保证了逆模型求解过程在DSP中实现的便捷性, 又保证了采样及闭环控制在FPGA中实现的实时性及快速性。实验结果证明了所提设计方法的正确性及有效性。
压电陶瓷 迟滞 广义PI模型 复合控制 嵌入式系统 piezoelectric ceramics hysteresis generalized PI model compound control embedded system
中国船舶集团有限公司第七一五研究所，杭州 310012
随着我国科技水平的飞速发展，激光惯性导航系统的精度要求越来越高。采用工业级原材料，通过固相合成法制备了铌锑-铌镍-锆钛酸铅(PSN-PNN-PZT)四元系大应变压电陶瓷材料，讨论了不同含量Sr对PSN-PNN-PZT压电陶瓷材料介电性能、压电性能的影响。结果表明：当Sr含量为1%(摩尔分数)、n(Zr)/n(Ti)=43/57(摩尔比)时，PSN-PNN-PZT组成位于准同型相界附近，压电陶瓷性能较优，获得了一种相对介电常数εT33/ε0、机电耦合系数kp、压电常数d33、介电损耗tan δ、居里温度Tc分别为4 090、0.664、686 pC/N、0.016 5及213 ℃的大应变压电陶瓷材料；基于该材料配方制备的24 mm×5 mm×0.4 mm压电陶瓷圆环，在100 V的驱动电压下产生的应变量能达到2.500 5 μm，较现有的PZT-14(P14)材料提升32.4%，能应用于高精度激光陀螺稳频器中，提高压电陶瓷微位移驱动器的可靠性。
压电陶瓷 大应变 介电性能 压电性能 居里温度 piezoelectric ceramics PSN-PNN-PZT PSN-PNN-PZT large strain dielectric property piezoelectric property Curie temperature
