[发明专利]一种周期性正交极化的大应变压电陶瓷致动器及制备方法

摘要

本发明公开了一种周期性正交极化的大应变压电陶瓷致动器及制备方法。本发明采用压电陶瓷板包括n个基本畴单元，每一个基本畴单元包括取向垂直的c畴和a畴；在单向正电场的作用下，a畴由非180°畴变引起的畴变应变的伸长量显著大于与其相邻的c畴由压电效应引起的压电应变的伸长量，从而在a畴和c畴的界面由于应变失配产生失配应力，两侧的c畴处于受拉的状态；当电场撤去，使致动应变回到零点，实现可恢复致动应变；本发明提供了利用工业压电陶瓷产生超大致动应变的解决方案；本发明制备工艺简单、成本低廉，适合工业批量生产，且致动应变远远高于常规的压电致动器，可以预见本发明将极大地推动压电致动器的进一步广泛应用。

主权项

1.一种周期性正交极化的大应变压电陶瓷致动器，其特征在于，所述大应变压电陶瓷致动器包括：压电陶瓷板和电极；其中，所述压电陶瓷板的形状为l×w×h的长方体，长方体的高为h，水平尺寸为l×w，水平方向包括互相垂直的第一方向和第二方向，均与高度方向垂直，第一方向的长度为l，第二方向的长度为w，沿着压电陶瓷板的高度方向取向的电畴为c畴，向上为c⁺畴，向下为c^‑畴，沿着压电陶瓷板的第二方向取向的电畴为a畴，向上为a⁺畴，向下为a^‑畴；沿第一方向，所述压电陶瓷板包括n个基本畴单元，n≥1；每一个基本畴单元包括两个c畴及二者之间的一个a畴，两个c畴的取向一致；相邻的两个基本畴单元共用一个c畴，或者具有独立的c畴；各个基本畴单元的c畴的取向相同，a畴的取向相同或不同；在压电陶瓷板的两个水平表面l×w分别设置有电极，连接至外部的驱动电压，驱动电压施加的电场的方向与c畴的取向一致；外部的驱动电压通过电极向压电陶瓷板施加单向正电场，每一个基本畴单元在单向正电场的作用下，c畴由于压电效应发生伸长变形，a畴由于电场方向与取向垂直，产生非180°畴变，a畴由非180°畴变引起的畴变应变显著大于与其相邻的c畴由压电效应引起的压电应变，从而在a畴和c畴的界面由于应变失配产生失配应力，失配应力使翻转的a畴处于受压状态，两侧的c畴处于受拉的状态；当电场撤去，在电场作用下发生畴变的a畴将在失配应力的作用下发生回复翻转，从而使致动应变回到零点，实现可恢复致动应变。