To develop the piezoelectric actuator, the structural, dielectric and piezoelectric properties and electric fieldinduced strain of the ceramics(Pb$\_$1-2/Ba$\_$x/)[Mg$\_$1/2/W$\_$1/2/)$\_$0.03/-Ni$\_$1/3/Nb$\_$2/3/)$\_$0.12/-(Zr$\_$0.5/Ti$\_$0.5/)$\_$0.85/]O$_3$(x=0, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1) were investigated with the substitution of Ba. The tetragonality of crystal structure and grain size decreased by the substitution of Ba. Curie temperature decreased due to the decrease of the tetragonality, and dielectric constants increased with the substitution of Ba. The coercive field, remnant polarization and electromechanical coupling factor also decreased, whereas the piezoelectric constatns d$\_$33/ and d$\_$31/ were showed the highest value of 430 and 209(x10$\^$-12/C/N), respectively, because of the increase of dielectric constant. The strain induced by 60Hz AC electric field had the maximum value of 204x10$\^$-6/Δℓ/ℓ at the substitution of Ba 3mol%. As the applied electric field approaches to the coercive field, the piezoelectric element is depolarized and the electric field induced strain revealed non-linearity.
Effects of electric-field-induced lattice distortion on the polarization and strain were investigated in Pb(Mg/sub 1/3/Nb/sub 2/3)O₃ relaxor ferroelectric ceramics in the temperature range of -50℃∼90℃. The ratio of residual strain and polarization (S/sub r//P/sub r/ rarely depends on the temperature. However, the ratio of the electric field included strain and polarization (S/sub induced//P/sub induced/) increased as the temperature decreases below phase transition temperature. To explain these experimental results, a simple rigid ion model concentrating on only Bo/sub 6/ octahedron was suggested.
The temperature dependence of piezoelectric strain constant and the electric field induced strain are investigated as a function of PT in 0.5[xPT-(1-x)PZ]-0.5PNN ceramics. The piezoelectric strain constant d31 has the highest value(360$\times$10-12m/V) at PT=0.68. The temperature dependence of d31 is improved as Curie temperature of sample is increased, and the electric field dependence of induced strain is decreased with the coercive field increased. This ceramic system shows both piezoelectric effect and electrostrictive effect under the applied electric field. The piezoelectric of tetragonal phase is higher than that of rhombohedral phase, and the magnitude of electrostrictive constant is appeared in the order of morphotropic, rhombohedral and tetragonal phase. The piezoelectric strain constant with applied field must be considered theelectrostrictive effect due to 90$^{\circ}$domain wall displacements, and the displacement of bimorph type actuator agrees with the calulated value well.
The contribution of the non-$180^{\circ}C$ domains to the electric-field-induced strains (EFI-strains) of PZT ceramics was evaluated by an XRD method and by an interferometric method. The XRD intensity ratio of 200 and 002 diffraction peaks of tetragonal PZT was measured under strong electric fields. The amount of the $90^{\circ}$ domain reorientation was evaluated and the strain due to the domain reorientation was calculated. It was confirmed that the EFI-strain of PZT ceramics was equal to the sum of the strain calculated from the d$_33$ constant determined by the resonance-antiresonance method and the strain due to the $90^{\circ}$ domain reorientation. The amount of the $90^{\circ}$domain reorientation has a linear relation with the c/a ratio in the "soft" PZT ceramics. A Mech-Zehnder interferometer was constructed to measure the EFI-strains vs. electric-field curves of PZT ceramics as a function of frequency. The EFI-strain vs. electric-field curve showed a hysteresis due to the effect of the non-$180^{\circ}$ domain reorientation when the applied voltage was high and its frequency was low. The apparent piezoelectric constant increased from the d$_33$ value determined by the resonance-antiresonance method with decreasing frequency. This deviation was attributed to the non-$180^{\circ}$ domain contribution.tribution.
Non-linear behaviors of multilayer piezoelectric ceramic actuator (MCA) were investigated under electrical and mechanical stress. DC 100 V bias was applied to the MCA to obtain displacement. Laser vibrometer, which using Doppler effect, was employed to characterize displacement caused by $d_{33}$ mode of MCA. To understand this non-linear behavior of MCA, displacement was measured and compared under different load states. By increasing load, electric field-induced strain and piezoelectric constant($d_{33}$) of MCA was decreased. We attribute this phenomenon to the domain wall motion and depoling of MCA under heavy load.
To decrease the hysteresis of electric field induced strain, $Y_{2}$$O_{3}$ dopant of which amount is 0-0.8wt% was added to the (P $b_{0.73}$B $a_{0.27}$)(Z $r_{0}$ 75/ $Ti_{0.25}$) $O_{3}$ ceramics. Electromechanical coupling coefficients of the specimen with 0.1 Wt% $Y_{2}$$O_{3}$ were $k_{p}$=26.9% and $k_{31}$ =20.4%, which exhibited the maximum value at the constant bias electric field of 10 kV/cm. At the same $Y_{2}$$O_{3}$ addition amount, electric field piezoelectric constant ( $d_{3l}$) and strain(.DELTA.l/l) showed the maximum values of 139.6*10$^{-12}$ [C/N] and 126*10$^{-6}$ .DELTA. l/l respectively at 10 kV/cm electric field. And the hysteresis of strain showed the minimum value of 17.5%. So, we propose that it is possible to apply PBZT system with $Y_{2}$$O_{3}$ dopant to the electrostrictive actuator.r.r.
Polarization and strain induced by unipolar electric field (P\ulcorner, S\ulcorner), those induced by bipolar electric field (P, S) and remanent polarization (P\ulcorner) were investigated in 0.9Pb(Mg\ulcornerNb\ulcorner)O$_3$-$0.1PbTiO_3$relaxor ferroelectric ceramics in the temperature range of $-50^{\circ}C$~$90^{\circ}C$. From the temperature dependence of polarization and strain, the transition from predominantly paraelectric (electrostrictive) to partially ferroelectric (piezoelectric) is visualized. Under the given temperature, the P\ulcorner/P\ulcorner is always larger than the S\ulcorner/S\ulcorner and the difference between them becomes larger ass the temperature decrease. The S\ulcorner/P\ulcorner increases as the temperature decreased below phase transition temperature. It was suggested that these experimental results might be explained with a simple rigid ion model concentrating on BO\ulcorner octahedron.
To improve the electro-induced strain and to decease the hysteresis of that W $O_3$dopant of which amount is 0~0.8wt% was added to (P $b_{0.73}$/B $a_{0.27}$)(Z $r_{0.75}$/ $Ti_{0.25}$) $O_3$+0.1wt% $Y_{2}$/ $O_3$ceramics. At the specimen with 0.4 wt% W $O_3$the electromechanical coupling coefficient( $K_{31}$ ) showed the maximum value of 23.6% at D.C 10 kV/cm electric field. At the same W $O_3$addition amount the piezoelectric constant( $d_{31}$ ) and the electro-induced strain($\Delta$$\ell$/$\ell$)showed the highest values of 182$\times$10$^{-12}$ [C/N] 210$\times$10$^{-6}$$\Delta$$\ell$/$\ell$at D.C. 10 kV/cm electric field. respectively0 kV/cm electric field. respectivelyvely.
In-plane piezoelectric charge constant of Electro-Active paper (EAPap) was investigated based on direct and converse piezoelectric effects. EAPap samples were made with cellulose film with very thin gold electrode coated on both sides of the film. To characterize direct piezoelectricity of EAPap, induced charge was measured when mechanical stress was applied to EAPap. In-plane piezoelectric charge constant was extracted from the relation between induced charge and applied in-plane normal stress. To investigate converse piezoelectricity, induced in-plane strain was measured when electric field was applied to EAPap. Piezoelectric charge constant was also extracted from the relation of induced in-plane strain and applied electric field. Piezoelectric charge constants obtained from direct and converse piezoelectricity are 31 pC/N and 178 x 10-12m/V for 45 degree sample, respectively. Measured piezoelectric charge constants of EAPap provide promising potential as a piezoelectric material.
강유전체, 압전체 및 전왜 재료의 전기-기계적 반응의 기본 원리를 이해하기 위해 전기장 인가에 따른 변형 측정법은 널리 사용되고 있다. 특히, 전기 자극에 반응하는 압전 재료의 변형 특성을 이해하는 것은 압전 액츄에이터, 음향 장치, 초음파 발생기와 같은 부품을 연구하고 개발하는 데 중요하다. 이 튜토리얼 논문에서는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 변위 측정 장치인 선형 가변 차동 변환기(linear variable differential transducer, LVDT)의 구성 요소와 작동 원리를 소개한다. 또한 전기장을 인가하여 강유전체, 압전체 또는 전왜 재료의 변형 특성을 측정하기 위해 LVDT를 사용하는 실험 장치의 구성을 소개한다. 그리고 이 논문에는 LVDT 실험 장치를 통해 얻은 간단한 측정 결과와 분석이 포함되어 있어서 다양한 재료의 전기-기계 상호 작용 연구 방법에 대해 유용한 정보를 제공한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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