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一种宽温域不敏感的压电陶瓷用于高温能量收集
摘要： 高温能量收集（HTEH）技术发展的关键挑战之一，在于阐明材料参数的温度依赖性与器件发电能力之间的关系。然而目前，压电陶瓷的温度稳定性研究主要依赖热退火技术，该方法既无法反映压电性能的实际温度依赖性，更难以预测HTEH的温度稳定性。为阐明该领域，本研究选用(1-x)BiScO3-xPbTiO3体系构建HTEH材料，通过多种原位技术测量了d33、εr和g33等温度相关电学参数。研究发现d33与εr随温度的协同效应有助于在宽温域内获得稳定的g33值。此外，在悬臂梁式能量收集器模式下，当x=0.64时收集器在100-250℃宽温域内输出电压波动小于20%，证实g33的温度稳定性对HTEH器件运行稳定性至关重要。
关键词： 原位技术、压电材料/性能、能量收集、热性能
更新于2025-11-14 17:28:48
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无铅织构化Na0.5Bi0.5TiO3基陶瓷的介电与压电性能
摘要： 本研究对随机取向与织构化0.88Na0.5Bi0.5TiO3-0.08K0.5Bi0.5TiO3-0.04BaTiO3（88NBT）陶瓷的介电与压电性能进行了对比分析。采用模板晶粒生长（TGG）法，以NaNbO3（NN）为模板制备织构化陶瓷。当NN模板添加量为4 wt%时，获得96%的Lotgering因子和185 pC/N的压电系数d33。与随机取向陶瓷相比，织构化陶瓷表现出更低的应变滞后（H=7.6%），在2 kV/mm外加电场下具有更高的单极应变0.041%及对应的大信号压电系数d33* 200 pm/V。这种性能提升可归因于织构化使晶粒沿<001>方向取向，极化后形成优化的畴结构，从而降低滞后并增强压电性能。
关键词： 电导率、织构陶瓷、模板晶粒生长、压电材料
更新于2025-11-14 17:28:48
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裂纹尖端铁电畴过程的微机械模拟
摘要： 铁电陶瓷裂纹处的机电载荷状况本质上受畴变影响。在高电场和/或机械外场作用下，裂纹尖端的极化状态和残余应变会发生显著改变。这些不可逆的耗散过程会影响含裂纹铁电材料的断裂韧性。本文通过数值模拟研究了裂纹尖端的微观力学畴变过程，并与Jones等人（《材料学报》55(16):5538–5548, 2007）采用同步辐射X射线衍射分析获得的原位实验结果进行对比。研究重点关注软四方相锆钛酸铅陶瓷力学加载紧凑拉伸试样中优选畴取向的空间分布。研究发现，机械诱导的优选畴取向分布取决于CT试样平面内的位置，并与投影偏应力和偏应变相关。文中还提出并讨论了实验与模拟结果存在的若干不足。此类模拟结果为未来更真实的断裂力学评估奠定了基础。
关键词： 畴变，裂纹尖端，铁电/压电材料，断裂，过程区
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于阻抗曲线识别完整挠曲电复合物材料特性的等几何分析
摘要： 本文提出一种基于阻抗曲线识别挠曲电材料全部材料参数的新方法。该方法将等几何分析(IGA)公式与采用移动渐近线法(MMA)的梯度优化算法相结合。IGA公式利用其高阶连续性实现了挠曲电效应的高效建模。所提方法首先根据谐振模态确定初步实部参数以避免局部极小值，从而使数值阻抗曲线接近实验阻抗曲线；随后以该步骤的初步结果作为精修步骤的初始参数，通过最小化伪实验与数值阻抗曲线差异来同步确定实部与虚部参数。文中给出了若干数值算例，证实了数值阻抗曲线与伪实验阻抗曲线的高度吻合。
关键词： 复杂参数，压电材料，挠曲电材料，等几何分析
更新于2025-09-23 15:23:52
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[应用科学与技术中的SpringerBriefs] 功能梯度压电执行器的振动分析 ||
摘要： 本书源于作者运用压电材料现代概念改进传感器与执行器设计的强烈愿望。为此，作者开展了博士研究，相关成果最终汇成本书?？氐悴鲅沟绮牧系幕纠砺邸⒂τ眉叭毕?，简要介绍不同压电效应产生的变形类型，继而阐释功能梯度材料（FGM）在压电材料梯度特性设计中的应用理念，并概述功能梯度压电材料（FGPM）的工程应用。后续章节对FGPM执行器进行模态分析，研究梁和环形板两类执行器几何结构，详细分析各参数对固有频率的影响。书中还详述了采用的新型数值方法——广义微分求积法（GDQ），并拓展该方法用于FGPM结构分析。全书核心聚焦于运用GDQ方法分析剪切激励下FGPM执行器的振动特性。
关键词： 剪切效应、压电材料、功能梯度材料、振动分析、执行器、广义微分求积法
更新于2025-09-23 15:23:52
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为获得高输出功率的各类压电式能量收集器确定合适的压电材料
摘要： 对于一类压电能量收集器（PEH），其应力产生于压电材料的支撑系统中，压电材料的机电耦合系数（kij）对共振频率下的输出功率至关重要。因此，软性压电材料是这类PEH的理想选择。对于二类PEH，其应力同时产生于压电材料和支撑系统，共振频率下输出功率的品质因数（FOM）为(kij2×Qm)/s11E，其中Qm和s11E分别代表压电材料的机械品质因数和弹性柔顺常数。特别值得注意的是，Qm对这些PEH的影响极大，表明硬性压电材料是适用于共振频率工作的二类PEH的理想选择。对于在非共振频率下工作的一类和二类PEH，kij2×dij×gij是其输出功率的品质因数，其中gij为压电电压常数。因此，软性压电材料同样也是适用于非共振频率工作的一类和二类PEH的理想选择。
关键词： PEH（压电能量收集器），压电材料，优值系数（FOM），kij（压电常数），Qm（机械品质因数）
更新于2025-09-23 15:23:52
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基于Brinson形状记忆合金的分布式参数模型：一种谐振频率可调的悬臂式PZT能量收集器
摘要： 本文提出了一种压电振动能量采集器的分析模型，该模型包含可调节谐振频率的Brinson形状记忆合金（SMA）板。由于能量采集器需通过调节至激励频率以实现最大功率输出，因此通过改变SMA温度来调节复合梁的固有频率。除SMA外，该模型还包含压电层和子结构层?；谂防?伯努利梁假设，推导出电压、电流及功率输出随温度变化的频率响应表达式。参数研究表明：在开路与短路条件下，前三阶振动模态的固有频率调节范围可达25%-26%。
关键词： 压电材料，能量收集器，形状记忆合金，可调谐，悬臂梁
更新于2025-09-23 15:22:29
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[美国机械工程师学会（ASME）2018年国际设计工程与计算机信息技术会议——加拿大魁北克省魁北克市（2018年8月26日星期日）] 第8卷：第30届机械振动与噪声会议——带整流直流接口电路的压电非线性能量阱用于能量收集
摘要： 为提升振动能量收集器在宽频范围内的性能，本文提出利用压电非线性能量阱（NES）从环境振动中获取能量。研究采用标准整流直流（DC）接口电路，通过谐波激励使压电NES产生直流电。运用谐波平衡法获取所提压电NES的动态响应与能量收集性能，并通过等效电路仿真进行验证。解析与数值结果表明：该设计通过应用NES以宽带方式提升了能量收集效率，且未增加主结构振动。研究还探究了机电耦合、激励水平和负载电阻对输出直流电幅值及带宽的影响。
关键词： 谐波激励、整流直流接口电路、压电材料、能量收集、非线性能量阱
更新于2025-09-23 15:21:01
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压电薄膜的喷墨打印直接图案化
摘要： 喷墨打印目前正作为一种低成本、环保的电子器件增材制造技术受到关注。通过喷墨打印在高表面能基底上实现功能金属氧化物薄膜的图案化仍具挑战性，通常需要光刻工艺辅助。本研究揭示了一种无需光刻与蚀刻的新型工艺——利用喷墨打印的烷硫醇基模板，在原始铂化硅基底上直接图案化锆钛酸铅（PZT）薄膜。该技术无需在PZT打印前后分别进行光刻和蚀刻处理，可实现亚100微米级特征尺寸并精确控制最终薄膜厚度。喷墨打印的PZT展现出溶液法薄膜典型的铁电与压电特性：剩余极化强度13 μC/cm2，矫顽场58 kV/cm，介电常数900，介电损耗0.07，有效纵向压电系数50 pm/V。
关键词： 压电材料、锆钛酸铅、喷墨打印、图案化、自组装单分子层
更新于2025-09-23 15:21:01
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Ca?TaAl?Si?O??压电单晶的相形成与晶体生长
摘要： Ca3TaAl3Si2O14（CTAS）压电粉末在不同温度下烧结以研究相形成。1350°C烧结的CTAS粉末主要物相为硅酸镧型结构，同时含有两种次相；而1200°C和1300°C烧结的CTAS粉末在X射线衍射图谱中主要物相显示为次相。采用烧结粉末通过提拉法生长出直径1英寸的CTAS单晶，使用1350°C烧结粉末可生长不含杂质相的CTAS单晶。提高原料烧结温度有助于制备无杂质相的CTAS单晶。
关键词： Ca3TaAl3Si2O14（硅酸钽铝钙）、压电材料、晶体生长、相形成、单晶
更新于2025-09-23 15:21:01