叉指式压电纤维复合材料驱动器的优化设计、制备与性能测试研究

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叉指式压电纤维复合材料是近年来研究最多的一种压电纤维复合材料,它采用叉指式电极与压电纤维复合材料相结合的方式,兼具压电陶瓷的压电活性和聚合物的一定柔韧性、低声阻抗等特点,并具有较高的厚度机电耦合系数和压电应变常数、低的机械品质因数和声阻抗。它适合制作高灵敏度、宽带、窄脉冲的换能器,是医疗超声、结构无损检测和水声换能器的理想材料。针对叉指式1-3型压电纤维复合材料的驱动性能,本文进行了理论仿真优化分析,依据优化分析结果设定实验,制备出叉指式1-3型压电纤维复合材料驱动元件,对其进行了驱动性能测试等方面的研究。   主要的研究工作如下:   1、介绍了正逆压电效应的基础知识和理论,论述了有限单元法在压电复合材料分析中的基本理论和方法;   2、应用有限元分析软件COMSOLMultiphysics对压电纤维复合材料进行了初步的静力学分析,重点分析了分支电极的宽度、分支电极的间隙以及基体的厚度对压电纤维复合材料驱动性能的影响。   3、总结出一套易于操作的制备叉指式1-3型压电纤维复合材料工艺流程。利用自行设计加工的挤压模具制备出高性能压电纤维,依据仿真结果设计出叉指式电极的关键几何尺寸,采用排列-浇注法制备叉指式1-3型压电纤维复合材料,成功的进行了两相材料的复合、固化、印刷电极、固化、极化、成型等一系列试验。   4、为了研究叉指式1-3型压电纤维复合材料元件的驱动性能和传感性能以及正交异性等特性,设计并进行了一些实验测试。结果表明压电纤维复合材料良好的驱动性能和传感性能,且具有显著的正交异性特性。
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