0-3极化PLZT陶瓷片光致特性研究
发布时间：2020-06-16 02:18
【摘要】：0-3极化PLZT铁电陶瓷作为一种光致伸缩材料,在特定波长的紫外光照射下,由于反常的光生伏打效应,会沿着厚度方向产生相当高非均匀分布电场,在逆压电效应作用下产生非均匀应变从而导致弯曲变形。PLZT陶瓷驱动由于不需要导线连接从而避免了外界电磁场等不利因素的扰动,能够实现远程非接触控制,无线能量传输,具有重要的研究价值和广泛的工程应用前景。本文采用理论、实验和仿真相结合的方法研究了0-3极化PLZT陶瓷在紫外光照射下的光致特性。首先深入分析了0-3极化PLZT陶瓷光-热-电-力多物理场耦合机制和关系,阐述了0-3极化PLZT陶瓷线性和非线性的本构方程。搭建了0-3极化的PLZT陶瓷的静态实验平台,实验研究了0-3极化PLZT陶瓷在不同光照强度下温度、光生电压、光生电流与弯曲变形的变化规律,观察到了在弯曲变形与光生电压之间的迟滞现象以及光停阶段出现反向电压、反向电流及反向弯曲。随后通过风冷装置控制了0-3极化PLZT陶瓷片的温度,实验测量风冷时0-3极化PLZT陶瓷片光致特性,与未风冷时多物理场的光致特性对比,温度下降会导致光照阶段饱和光生电压降低,但对弯曲变形影响不是很明显,在光停阶段,反向电压是由于0-3极化PLZT陶瓷放电和温度下降导致的热释电电压共同造成的。最后基于0-3极化的PLZT陶瓷多物理场耦合的本构方程和RC电路,建立了其多物理场含时间参数的数学模型,由实验数据拟合出模型参数,对比实验曲线与理论曲线,验证了模型的合理性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1
【图文】：
由于 PLZT 陶瓷作为光致驱动器有重要的应用，国内外很多学者对 PLZT 陶瓷光致伸缩特性及其本构方程做了深入研究，并在实际应用中取得了很大的成果。Uchino、Fukuda、Morikawa和 Poosanaas 等人分别对双晶片式光致伸缩驱动器开展了深入研究，并对其进行了有效的应用。双晶片结构是由两块极化方向相反的 PLZT 陶瓷组成，公用一对公共电极，当高能紫外光照射到驱动器上时，受光面的 PLZT 陶瓷产生与极化方向相同的电压，由于光致伸缩效应，此侧的陶瓷片将会伸长，而背光面的陶瓷生成的电压与极化方向相反，这一侧会缩短，从而是整个双晶片结构发生弯曲变形。Uchino 等人在 1987 年，利用 PLZT 双晶片的结构特性设计了一种光继电器，当光照到 PLZT 双晶片时，继电器处于导通状态，当光照到 PLZT 陶瓷片时，继电器断开，如图 1.2 所示[45]；在 1989 年他还设计了一种通过双晶片光致伸缩驱动器驱动的微型行走器[46]；Fukuda 等人提出了了一种光控微夹钳的概念，PLZT 陶瓷不受电磁干扰，在显微外科手术等医学领域具有很大的应用前景[40]；Poosanaas 等人在 2000 年基于电压源模型对反常光生伏特效应进行解释，在考虑二阶非线性磁化系数的情况下，计算出光生电场强度、光电流密度与光照强度的关系，并利用光致伸缩效应提出了一种“向日葵”装置,这个装置在太阳能板的两侧分别装上两个光致伸缩驱动器，当阳光倾斜照射时，会造成两边应力不平衡，直到阳光直射时，应力平衡，这样太阳能板会随着阳光旋转，能最大程度发挥太阳能板的功效，如图 1.3 所示[6]。
由于 PLZT 陶瓷作为光致驱动器有重要的应用，国内外很多学者对 PLZT 陶瓷光致伸缩特性及其本构方程做了深入研究，并在实际应用中取得了很大的成果。Uchino、Fukuda、Morikawa和 Poosanaas 等人分别对双晶片式光致伸缩驱动器开展了深入研究，并对其进行了有效的应用。双晶片结构是由两块极化方向相反的 PLZT 陶瓷组成，公用一对公共电极，当高能紫外光照射到驱动器上时，受光面的 PLZT 陶瓷产生与极化方向相同的电压，由于光致伸缩效应，此侧的陶瓷片将会伸长，而背光面的陶瓷生成的电压与极化方向相反，这一侧会缩短，从而是整个双晶片结构发生弯曲变形。Uchino 等人在 1987 年，利用 PLZT 双晶片的结构特性设计了一种光继电器，当光照到 PLZT 双晶片时，继电器处于导通状态，当光照到 PLZT 陶瓷片时，继电器断开，如图 1.2 所示[45]；在 1989 年他还设计了一种通过双晶片光致伸缩驱动器驱动的微型行走器[46]；Fukuda 等人提出了了一种光控微夹钳的概念，PLZT 陶瓷不受电磁干扰，在显微外科手术等医学领域具有很大的应用前景[40]；Poosanaas 等人在 2000 年基于电压源模型对反常光生伏特效应进行解释，在考虑二阶非线性磁化系数的情况下，计算出光生电场强度、光电流密度与光照强度的关系，并利用光致伸缩效应提出了一种“向日葵”装置,这个装置在太阳能板的两侧分别装上两个光致伸缩驱动器，当阳光倾斜照射时，会造成两边应力不平衡，直到阳光直射时，应力平衡，这样太阳能板会随着阳光旋转，能最大程度发挥太阳能板的功效，如图 1.3 所示[6]。
本文编号：2715375
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ174.1
【图文】：
由于 PLZT 陶瓷作为光致驱动器有重要的应用，国内外很多学者对 PLZT 陶瓷光致伸缩特性及其本构方程做了深入研究，并在实际应用中取得了很大的成果。Uchino、Fukuda、Morikawa和 Poosanaas 等人分别对双晶片式光致伸缩驱动器开展了深入研究，并对其进行了有效的应用。双晶片结构是由两块极化方向相反的 PLZT 陶瓷组成，公用一对公共电极，当高能紫外光照射到驱动器上时，受光面的 PLZT 陶瓷产生与极化方向相同的电压，由于光致伸缩效应，此侧的陶瓷片将会伸长，而背光面的陶瓷生成的电压与极化方向相反，这一侧会缩短，从而是整个双晶片结构发生弯曲变形。Uchino 等人在 1987 年，利用 PLZT 双晶片的结构特性设计了一种光继电器，当光照到 PLZT 双晶片时，继电器处于导通状态，当光照到 PLZT 陶瓷片时，继电器断开，如图 1.2 所示[45]；在 1989 年他还设计了一种通过双晶片光致伸缩驱动器驱动的微型行走器[46]；Fukuda 等人提出了了一种光控微夹钳的概念，PLZT 陶瓷不受电磁干扰，在显微外科手术等医学领域具有很大的应用前景[40]；Poosanaas 等人在 2000 年基于电压源模型对反常光生伏特效应进行解释，在考虑二阶非线性磁化系数的情况下，计算出光生电场强度、光电流密度与光照强度的关系，并利用光致伸缩效应提出了一种“向日葵”装置,这个装置在太阳能板的两侧分别装上两个光致伸缩驱动器，当阳光倾斜照射时，会造成两边应力不平衡，直到阳光直射时，应力平衡，这样太阳能板会随着阳光旋转，能最大程度发挥太阳能板的功效，如图 1.3 所示[6]。
由于 PLZT 陶瓷作为光致驱动器有重要的应用，国内外很多学者对 PLZT 陶瓷光致伸缩特性及其本构方程做了深入研究，并在实际应用中取得了很大的成果。Uchino、Fukuda、Morikawa和 Poosanaas 等人分别对双晶片式光致伸缩驱动器开展了深入研究，并对其进行了有效的应用。双晶片结构是由两块极化方向相反的 PLZT 陶瓷组成，公用一对公共电极，当高能紫外光照射到驱动器上时，受光面的 PLZT 陶瓷产生与极化方向相同的电压，由于光致伸缩效应，此侧的陶瓷片将会伸长，而背光面的陶瓷生成的电压与极化方向相反，这一侧会缩短，从而是整个双晶片结构发生弯曲变形。Uchino 等人在 1987 年，利用 PLZT 双晶片的结构特性设计了一种光继电器，当光照到 PLZT 双晶片时，继电器处于导通状态，当光照到 PLZT 陶瓷片时，继电器断开，如图 1.2 所示[45]；在 1989 年他还设计了一种通过双晶片光致伸缩驱动器驱动的微型行走器[46]；Fukuda 等人提出了了一种光控微夹钳的概念，PLZT 陶瓷不受电磁干扰，在显微外科手术等医学领域具有很大的应用前景[40]；Poosanaas 等人在 2000 年基于电压源模型对反常光生伏特效应进行解释，在考虑二阶非线性磁化系数的情况下，计算出光生电场强度、光电流密度与光照强度的关系，并利用光致伸缩效应提出了一种“向日葵”装置,这个装置在太阳能板的两侧分别装上两个光致伸缩驱动器，当阳光倾斜照射时，会造成两边应力不平衡，直到阳光直射时，应力平衡，这样太阳能板会随着阳光旋转，能最大程度发挥太阳能板的功效，如图 1.3 所示[6]。
【参考文献】
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本文编号：2715375
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