在智能材料与微纳技术蓬勃发展的今天,压电材料因其“力-电耦合”特性,成为传感器、执行器、能量收集器等领域的元件。而要深入挖掘其性能潜力,离不开对电场应变特性的表征。
压电材料:力与电的“双向信使”
压电材料是一类能够实现机械能与电能相互转换的功能材料,其特性在于正压电效应(外力作用下产生电压)与逆压电效应(电场作用下发生形变)。这种双向能量转换机制使其在超声成像、定位及振动控制等领域具有应用,其中电场应变特性(材料在电场作用下的形变程度)作为衡量机电转换效率、响应速度及稳定性的关键指标,直接决定了压电材料作为执行器的性能表现。传统测试方法因精度、动态响应及温度适应性等局限难以满足需求,而压电材料电场应变特性测试仪通过力学-电学耦合测量技术,有效突破了这些瓶颈,为材料性能评估提供了科学量化手段,典型应用如PZT压电陶瓷与石英晶体的性能表征即依赖于该技术。
工作原理:力学-电学耦合的测量
压电材料电场应变特性测试仪基于“电场-应变”的响应关系,通过以下原理实现测量:
电场加载与应变检测:仪器通过高压电源对样品施加可控电场(直流或交流),同时利用高精度应变传感器(激光测振仪)实时监测材料在电场作用下的形变。应变信号与电场信号通过同步采集系统记录,建立电场强度(E)与应变(ε)的对应关系。
动态与静态测试模式:
准静态测试:在低频条件下逐步加载电场,测量材料达到稳态时的应变,适用于评估材料的静态压电常数(如d33、d31等)。
动态测试:通过交变电场激励,分析材料在不同频率下的应变响应,获取动态参数(如机电耦合系数、频率依赖性),满足高频应用场景的需求。
温度控制模块:高低温冷热台可以添加到薄膜压电测试套件中,可以在单个样品在 -196℃至 600℃的温度中进行测量。
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