一种挠曲电压电材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压电材料技术领域，尤其涉及一种挠曲电压电材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，一种机电耦合效应一挠曲电效应和相关应用引起越来越多的关注。挠曲电效应的定义为一种材料在存在应变梯度下的极化响应(正挠曲电效应)，或者在存在电场梯度情况下的应力响应(逆挠曲电效应)。
[0003]利用挠曲电效应可以设计和制备新型的压电材料，即挠曲电压电材料。在挠曲电压电材料中至少一个组成部分具有特殊的形状或结构，能够将所施加的力或者电信号转化为相应的梯度，从而使材料产生挠曲电效应，材料出现表观的压电性能。挠曲电压电材料的优点在于不需要材料中的任何组成部分具有压电效应，任何的介电材料都可以用来制备压电材料，而传统的压电材料，其中至少一个组成部分需要具有压电性，因此利用挠曲电效应制备的压电材料可以在更广的范围里选择材料。
[0004]设计挠曲电压电材料的难点在于设计特殊的形状或结构，能够将所施加的力或者电信号转化为相应的梯度。目前，只有为数不多的几种挠曲电压电材料的设计在实验中证明是可行的，其中一种是具有类金字塔型结构的挠曲电压电材料，由于材料的不对称结构，施加在结构两个表面的力或电压在材料中形成应力或电场梯度，材料显示出表观压电性能；另一种为弯曲型挠曲电压电复合材料设计，如图1所示，图1为现有技术提供的挠曲电压电复合材料的受力示意图，从图1可以看出，现有技术提供的这种挠曲电压电复合材料的结构为几条长条型的陶瓷体通过一些钨丝隔开，复合材料的上下两面为硬质金属板，在使用过程中，施加在金属板上的力通过钨丝传递到陶瓷片上，导致陶瓷片弯曲，由于陶瓷片弯曲变形从而产生应变梯度，使材料表现出比较强的表观压电性能。
[0005]现有技术中的挠曲电压电材料，其组成部分中除了用于产生挠曲电响应的铁电材料外，还存着至少一种用于施加力或传递力的惰性材料，如挠曲电压电复合材料中的金属片和钨丝，这些组成部分对压电材料的表观压电性能没有贡献，虽然必不可少，但增加了挠曲电压电材料结构的复杂性以及重量与体积。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种挠曲电压电材料及其制备方法，本发明提供的挠曲电压电材料的结构简单。
[0007]本发明提供了一种挠曲电压电材料，包括具有拱形结构的氧化物铁电材料；
[0008]设置在所述氧化物铁电材料上下表面的电极。
[0009]优选的，所述拱形结构的拱高<拱形结构长度的一半。
[0010]优选的，所述氧化物铁电材料的厚度<氧化物铁电材料长度或直径的一半。
[0011]优选的，所述氧化物铁电材料包括含铋氧化物铁电材料、含铅氧化物铁电材料、含钛氧化物铁电材料、含铌氧化物铁电材料或具有钨青铜型结构的铁电材料；优选为钛酸铋钠基铁电材料、铁酸铋基铁电材料、铋层状铁电材料、锆钛酸铅基铁电材料、铌镁酸铅基铁电材料、铌锌酸铅基铁电材料、铌镍酸铅基铁电材料、钛酸钡基铁电材料、SrT13S铁电材料或(Na，K，Li) NbO3基铁电材料。
[0012]优选的，所述氧化物铁电材料为陶瓷材料。
[0013]本发明提供的挠曲电压电材料的结构简单，只需要铁电材料本身，无需用于施力或传递力的惰性材料。实验结果表明，本发明提供的挠曲电压电材料的表观压电性能为2pC/N ?10pC/No
[0014]此外，本发明提供的挠曲电压电材料具有较好的温度稳定性。实验结果表明，将本发明提供的挠曲电压电材料在650°C下进行5小时的保温处理，保温处理后的挠曲电压电材料的表观压电性能无变化。
[0015]本发明提供了一种挠曲电压电材料的制备方法，包括:
[0016]制备具有拱形结构的氧化物铁电材料；
[0017]在所述具有拱形结构的氧化物铁电材料上下表面分别制备电极，得到挠曲电压电材料。
[0018]优选的，制备具有拱形结构的氧化物铁电材料的方法为:
[0019]利用具有拱形形状的模具制备具有拱形结构的氧化物铁电材料。
[0020]优选的，制备具有拱形结构的氧化物铁电材料的方法为:
[0021 ] 将成分不均匀的氧化物铁电材料冷却，得到具有拱形结构的氧化物铁电材料。
[0022]优选的，制备具有拱形结构的氧化物铁电材料的方法为:
[0023]将氧化物铁电材料在温度不均匀的环境中保温后冷却，得到具有拱形结构的氧化物铁电材料。
[0024]优选的，制备具有拱形结构的氧化物铁电材料的方法为:
[0025]将成分不同的两种或多种氧化物铁电材料进行成分扩散后冷却，得到两种或多种具有拱形结构的氧化物铁电材料。
[0026]优选的，制备具有拱形结构的氧化物铁电材料的方法为:
[0027]将成分不同的两种或多种氧化物铁电材料结合在一起后冷却，得到具有拱形结构的氧化物铁电材料。
[0028]本发明提供的方法制备得到的挠曲电压电材料的结构简单，而且制备方法工艺简便。此外，本发明提供的方法制备得到的挠曲电压电材料具有较好的温度稳定性。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0030]图1为现有技术提供的挠曲电压电复合材料的受力示意图；
[0031]图2为本发明实施例提供的挠曲电压电材料的结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]本发明提供了一种挠曲电压电材料，包括具有拱形结构的氧化物铁电材料；
[0034]设置在所述氧化物铁电材料上下表面的电极。
[0035]在本发明中，所述具有拱形结构的氧化物铁电材料可以为单拱结构的氧化物铁电材料，也可以为多拱结构的氧化物铁电材料。在本发明的实施例中，所述拱形结构的拱高不超过拱形结构长度的一半。在本发明的实施例中，所述拱形结构的拱高〈1_ ;在其他的实施例中，所述拱形结构的拱高〈0.1_。
[0036]在本发明的实施例中，所述氧化物铁电材料的形状为片状；在其他的实施例中，所述氧化物铁电材料的形状可以为圆片、方形片或长条形片。在本发明的优选实施例中，所述氧化物铁电材料的形状为圆片。在本发明的实施例中，所述圆片的直径为15mm?25mm ;在其他的实施例中，所述圆片的直径为18_?22_ ;在另外的实施例中，所述圆片的形状为20mmo
[0037]在本发明的实施例中，所述氧化物铁电材料的厚度不超过氧化物铁电材料长度或直径的一半。在本发明的实施例中，所述氧化物铁电材料的厚度为0.1毫米?10毫米；在另外的实施例中，所述氧化物铁电材料的厚度为0.3毫米?I毫米。
[0038]在本发明的实施例中，所述氧化物铁电材料包括含铋氧化物铁电材料、含铅氧化物铁电材料、含钛氧化物铁电材料、含铌氧化物铁电材料或具有钨青铜型结构的铁电材料。在本发明的实施例中，所述含铋氧化物铁电材料包括钛酸铋钠基铁电材料、铁酸铋基铁电材料或铋层状铁电材料。在本发明的实施例中，所述含铅氧化物铁电材料包括锆钛酸铅基铁电材料、铌镁酸铅基铁电材料、铌锌酸铅基铁电材料或铌镍酸铅基铁电材料。在本发明的实施例中，所述含钛氧化物铁电材料包括钛酸钡基铁电材料或SrT13基铁电材料。在本发明的实施例中，所述含铌氧化物铁电材料包括(Na，K, Li) NbO3基铁电材料。
[0039]在本发明的实施例中，所述氧化物铁电材料可以为单晶氧化物铁电材料也可以为薄膜氧化物铁电材料。
[0040]在本发明的优选实施例中，所述氧化物铁电材料为陶瓷材料；在其他的优选实施例中，所述氧化物铁电材料为0.92Na1/2Bi1/2Ti03-0.08BaTi03成分的陶瓷材料或0.94Na 1/2Bi1/2Ti03-0.06BaTi03成分的陶瓷材料。
[0041]本发明对所述氧化物铁电材料的来源没有特殊的限制，可由市场购买获得，也可按照本领域技术人员熟知的氧化物铁电材料的制备方法制备得到，如可以制备目标成分的陶瓷材料，将制备陶瓷材料的原料按照目标成分配比后粉碎，依次进行压制和烧结，即可得到陶瓷材料。
[0042]本发明提供的挠曲电压电材料包括设置在所述氧化物铁电材料上下表面的电极。本发明对所述电极没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的压电材料的电极即可。在本发明的实施例中，所述电极的厚度不超过5微米。在本发明的实施例中，所述电极可以为银电极。
[0043]图2为本发明实施例提供的挠曲电压电材料的结构示意图，由图2可知，向本发明实施例提供的挠曲电压电材料的凸面