[发明专利]一种铁电晶体单轴压下压电系数的测量装置及方法

说明书

本发明提供的一种铁电晶体单轴压下压电系数的测量装置及方法，包括用于安装待测样品的夹具、用于获取设定电压下的待测样品位移量的数据采集单元、用于向待测样品提供直流电压的外电场单元，以及分别与数据采集单元和外电场单元连接的控制系统；本系统能够避免现有方法中涉及的单轴压力与低频交变力的叠加的问题，同时，能够无损失的传递位移，保证了测试精度。

技术领域

本发明涉及表征铁电晶体单轴压下压电系数技术领域，具体涉及一种铁电晶体单轴压下压电系数的测量装置及方法。

背景技术

铁电晶体，如铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)和铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(PIN-PMN-PT)，由于其具有非常优异的压电与机电、光学、声学和铁电性能，并能够实现各种功能特性之间的相互转化，因此受到了全世界铁电研究者的广泛重视，已被广泛应用于超声换能器、压电传感器、水听器、铁电存储器和电光调制器等领域。

铁电材料的单轴压下压电系数d₃₃是压电应变常数，它是表征压电材料压电性能的最常用的重要参数之一，又是铁电单晶只受到沿z方向的应力作用时，在垂直于z轴晶面上产生的极化强度分量。而铁电晶体在工程应用中常常需要在单轴压状态下工作，单轴压对铁电晶体压电性能的影响是铁电晶体工程应用中必须考虑的重要因素，所以单轴压下压电系数是铁电体非常的重要参数。

目前对于纵向压电系数的测量通常有三类方法，准静态法、动态法与静态法。其中准静态法与静态法的测试原理相同，但力的加载方式由恒力变为低频交变力。由于需要测试材料在单轴压下的纵向压电系数，对于单轴压而言，准静态法所施加的低频交变力需叠加在单轴压力下，实际为一力学小信号，由于二力共同作用，因而低频交变力对压电效应的贡献微小且难以区分，因而不适用于单轴压下纵向压电系数的测量。动态法也称谐振-反谐振法，需要测试材料的阻抗谱，找出谐振频率与反谐振频率进而计算得到纵向压电系数。该方法仅仅适用于无损条件，当材料受单轴压作用，处于夹持状态时，其相角远离90°，阻抗谱畸变，谐振与反谐振频率难以分辨，因此不适用于单轴压下纵向压电系数的测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铁电晶体单轴压下压电系数的测量装置及方法，解决了现有的铁电晶体在单轴压下压电系数的测试存在不准确的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种铁电晶体单轴压下压电系数的测量装置，包括用于安装待测样品的夹具、用于获取设定电压下的待测样品位移量的数据采集单元、用于向待测样品提供直流电压的外电场单元，以及分别与数据采集单元和外电场单元连接的控制系统。

优选地，所述数据采集单元包括电容测微仪测试探头，所述电容测微仪测试探头与夹具的位移测试点连接。

优选地，所述外电场单元为直流高压源，所述直流高压源的输出端连接待测样品的电极两端。

优选地，所述夹具包括底板、氧化铝电极片、位移传递板、施力弹簧、受力面板和锁力螺母，其中，所述底板上设置有支撑架，所述支撑架上自下至上依次设置有位移传递板和受力面板；

所述待测样品布置在底板和位移传递板之间，所述待测样品的上下两极面分别与两个氧化铝电极片的电极面相接触；

所述位移传递板和受力面板之间设置有施力弹簧，所述施力弹簧套装在支撑架上；

所述支撑架上还设置有锁力螺母，其中，锁力螺母置于受力面板的上方；

所述位移传递板上设置有刚性金属杆，所述刚性金属杆的顶部设置有位移测试点；所述数据采集单元与位移测试点连接。

优选地，所述支撑架包括三个金属杆，三个金属杆呈三角结构布置。

优选地，所述氧化铝电极片的电极面设置有导线，该导线与外电场单元连接。