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鐵電體電致伸縮效應測試儀的測試目的

來源:北京華測試驗儀器有限公司   2025年05月15日 10:35  

鐵電體電致伸縮效應測試儀的測試目的

在精密制造、航空航天、生物醫療等前沿領域,材料的微小形變往往決定著設備的性能極限。鐵電體材料因特殊的電致伸縮效應——在電場作用下產生納米級形變,成為精密驅動、能量轉換等領域的“明日之星”。要精準量化這種形變,離不開檢測設備。華測儀器自主研發的鐵電體電致伸縮效應測試儀。

一、電致伸縮效應

是指介電體在電場作用下,因誘導極化而產生形變的現象。與壓電效應(形變與電場呈線性關系)不同,電致伸縮效應的形變與電場平方成正比,且方向無關。這種“平方效應”使得電致伸縮材料在高頻、高溫等惡劣條件下具有特殊優勢:

l 零遲滯響應:應變與電場瞬時同步,動態重復精度達0.01μm級

l 免極化工藝:材料制備后無需預極化處理,簡化器件制造流程

l 惡劣環境適應性:在惡劣溫域內保持穩定機電耦合特性


二、測電致伸縮效應的四大目的

1. 材料性能評估

l 電致伸縮系數(Q或M)是衡量材料機電耦合性能的關鍵指標。通過測試,可量化材料在電場下的應變能力,例如:

l 弛豫型鐵電體(如鈮鎂酸鉛)因高介電常數(可達10?)和低剩余極化,在電場下能產生顯著應變(可達10?3量級),適合高溫/高頻應用;

l 聚合物電致伸縮材料(如經電子束輻照的聚合物)具有低楊氏模量和高擊穿場強(>1000MV/m),最大應變可達30%,適合柔性電子領域。

2. 器件設計優化

l 在微位移器件(如精密驅動器、光學鏡片定位臺)中,電致伸縮材料的應變精度(可達0.01μm級)和響應速度(微秒級)直接影響器件性能。通過測試,可篩選出適合特定頻率(如MHz級)和電場強度(如10kV/cm)的材料,避免設計盲區。例如:

l 航空航天:衛星天線驅動機構在惡劣溫度下工作,測試可篩選出低熱滯后材料,確保定位精度;

l 生物醫療:微創手術器械的微動控制需高精度形變,測試可驗證材料在生理環境下的可靠性。

3. 失效分析

在惡劣條件下(如高壓、高溫),材料可能因電致伸縮效應導致疲勞或斷裂。例如:

高壓電器設備:電致伸縮換能器需長期穩定工作,測試可預測材料壽命,防止設備故障;

新能源領域:固態電池電解質材料在電場下的微變形需嚴格控制,避免電池鼓包風險。

4. 質量控制

在工業生產中,電致伸縮效應測試是確保產品質量的關鍵環節。例如:

l 消費電子:手機振動馬達材料的形變一致性直接影響用戶體驗,測試可實現批量產品的性能篩選;

l 汽車電子:傳感器材料的形變穩定性需通過測試驗證,確保行車安全。

鐵電體電致伸縮效應測試儀的測試目的


電致伸縮效應測試儀


鐵電體電致伸縮效應測試儀的測試目的

pzt 壓電陶瓷測試曲線


三、鐵電體電致伸縮效應測試儀

l 電壓輸出能力內置電壓檔位:±10V、±20V、±100V、±200V,覆蓋薄膜至塊體材料的測試需求。

l 擴展電壓范圍:通過外接功率放大模塊,電壓可升至±4kV、±10kV甚至±20kV或更高,適用于高場強下的惡劣條件測試。

l 頻率控制范圍基礎頻率:0.2–1MHz,支持PC端自定義波形(正弦波、三角波、矩形波等)。

l 高頻性能:在±200V內置電壓下,電滯回線測試頻率可達270kHz,滿足高頻動態響應分析。

l 電流與精度輸出電流峰值:±1A,連續追蹤顯示電流曲線,確保形變過程的實時監測。

l 電壓精度:準確性優于0.5%,最小脈沖寬度低至500ns,上升時間僅200ns,捕捉瞬態形變細節。

l 高速采集系統模擬輸入通道:采樣率高達40MS/s,量程±10V(16位分辨率),確保形變信號的無損捕獲。

l 覆蓋從低頻到高頻甚至超聲測量領域DC~2.5MHz的頻率范圍相應,最大測量速度20m/s,振幅分辨率20pm,頻率精度小于0.1% 。

l 可實現位移測量和振動測量等多種功能,距離到長工作距離可達40m,內置外置可變集鏡頭可選。


四、擴展性與兼容性

l 基礎測試模式電滯回線:定量分析飽和極化(Ps)、剩余極化(Pr)、矯頑場(Ec)等關鍵參數。

l 脈沖/漏電流/IV-CV曲線:支持脈沖寬度低至1μs,最大測試電容范圍1nF(與頻率相關)。

l 擴展功能電致伸縮專項測試:通過高溫夾具及自動采集軟件,實現高溫下的形變-電場關系分析。

l 多物理場耦合:可選配壓電、熱釋電、TSDC(熱刺激去極化電流)等模塊,研究材料在電-熱-力耦合作用下的行為。

l 波形輸出能力16位任意波形發生器:生成復雜電場序列,模擬實際工況中的非線性激勵。

l 溫區覆蓋高溫測試:可選配高低溫裝置,實現寬溫區形變測量。

l 真空兼容性:支持真空環境測試,適配航空航天材料研究。



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