所施加的力能够在材料中产生应变梯度，材料进而产生由于挠曲电效应而产生的挠 曲电效应，材料表现出表观的压电效应。
[0024] 在本公开的一些具体实施方案中，将两面有电极的片状介电材料（圆片或方片） 放在一个圆环或方环支撑物上上，然后将环状支撑物放置在平面基板上，这样形成一个具 有简单结构的复合材料（如图1所示）。
[0025] 在本公开的一些具体实施方案中，使用时，当对片状介电材料的上表面通过一个 加力杆施加点力或者平面力，或者均匀加力（比如气体或流体压力）时（如图2和3所示）， 介电材料产生弯曲或类弯曲的变形，在材料的厚度方向产生应变梯度和挠曲电响应，这样 整个复合材料就表现出可观的压电效应。由于材料的压电性能来源于介电材料的挠曲电效 应，所用材料没有受到晶体结构的限制，理论上所有的介电材料都可以被用来这做成这种 挠曲电压电复合材料。
[0026] 在本公开的一些具体实施方案中，制备原材料的选择范围更加广泛，不会出现因 为相变而导致的压电性能消失，因而材料的压电性能具有比较好的温度稳定性。
[0027] 在本公开的一些具体实施方案中，因为具有高介电性能的铁电材料具有比一般介 电材料更高的挠曲电效应，因而在上述的结构中，使用铁电材料制成的圆片或方片产生挠 曲电效应可以产生更高的表观压电性能。
[0028] 以下通过具体实施例进一步说明本公开。
[0029] 实施例1 :利用购买的软性铁电陶瓷锆钛酸铅（PZT-51)(淄博百灵功能陶瓷有限 公司），直径为25毫米，厚度为0. 5毫米，将陶瓷两面磨平，双面用离子溅射法镀上金电极， 然后放在直径为20毫米的圆环上和一个边长约为30毫米的平板上，在陶瓷片上表面施加 点力，利用ZJ-6A准静态d33仪测量得到38pC/N的表观压电性能。
[0030] 实施例2 :利用传统的固相合成法制备0. 92Na1/2Bi1/2Ti03-0 . 08BaTi03陶瓷。将一 定比例的Bi2O3,Na2CO3,BaCO3,TiO2(分析纯，国药集团）加入酒精球磨6-8小时后烘干，在 850°C保温2小时合成。然后将合成后的粉体球磨，加入适当的粘结剂，压成直径为25. 4毫 米圆片，在1180-1200°C下保温1小时烧结后直径约为21毫米。将陶瓷片双面磨平至厚度 约为0. 5毫米，在两个表面用离子溅射法镀上金电极，然后放在直径为20毫米的圆环上和 一个边长约为30毫米的平板上，利用ZJ-6A准静态d33仪测量得到2-3pC/N的表观压电性 能。
[0031] 实施例3 :利用传统的固相合成法制备的BaTiO3陶瓷，将一定比例BaCO3,TiO2(分 析纯，国药集团）加入酒精球磨6-8小时后烘干，在1200°C保温2小时合成。然后将合成后 的粉体球磨，加入适当的粘结剂，压成直径为25. 4毫米圆片，在1300°C下保温2小时烧结后 直径约为21毫米，将陶瓷片双面磨平至厚度约为0. 5毫米，在两个表面用离子溅射法镀上 金电极，然后放在直径为20毫米的圆环上和一个边长约为30毫米的平板上，利用ZJ-6A准 静态d33仪测量得到60-100C/N的表观压电性能。
【主权项】
1. 一种挠曲电压电复合材料，所述复合材料包括： 片状介电材料； 两个电极，所述片状介电材料夹在所述两个电极之间，形成带有电极的片状介电材 料； 环状支撑物；以及 平板； 其中所述环状支撑物位于所述平板与所述带有电极的片状介电材料之间，并与所述平 板和所述带有电极的片状介电材料的边缘接触。2. 权利要求1所述的挠曲电压电复合材料，其中所述环状支撑物为圆环形、方环形或 多边环形。3. 权利要求1所述的挠曲电压电复合材料，其中所述片状介电材料的宽高比大于1。4. 权利要求1所述的挠曲电压电复合材料，其中所述环状支撑物与所述带有电极的片 状介电材料接触的面积占所述带有电极的片状介电材料的总面积的〇%和99%之间。5. 权利要求1所述的挠曲电压电复合材料，其中所述带有电极的片状介电材料的厚度 小于100厘米。6. 权利要求1所述的挠曲电压电复合材料，其中所述环状支撑物的高度小于100厘米。7. 权利要求1所述的挠曲电压电复合材料，其中所述片状介电材料为介电系数大于2 的介电材料；优选为含铋的铁电材料、含铅的铁电材料、钛酸钡基铁电材料、SrTiO 3基铁电 材料、（Na，K，Li)Nb03基铁电材料、或具有钨青铜结构的铁电材料。8. 权利要求1所述的挠曲电压电复合材料，其中所述电极材料为溅射金电极、溅射铂 电极、烧银电极、溅射银电极、铝电极或钯电极。9. 一种产生压电响应的方法，所述方法包括对如权利要求1-8中的任一项所述的挠曲 电压电复合材料中的带有电极的片状介电材料一侧施加力，使得所述片状介电材料弯曲或 类弯曲变形，在所述片状介电材料的厚度方向产生应变梯度和挠曲电响应，从而产生压电 效应。 10?权利要求9所述的方法，其中所施加的力为点力、平面力或均匀加力。
【专利摘要】本发明提供一种挠曲电压电复合材料，所述复合材料包括：片状介电材料；两个电极，所述片状介电材料夹在所述两个电极之间，形成带有电极的片状介电材料；环状支撑物；以及平板；其中所述环状支撑物位于所述平板与所述带有电极的片状介电材料之间，并与所述平板和所述带有电极的片状介电材料的边缘接触。本发明的挠曲电压电复合材料能够通过对片状介电材料一侧施加力，使得片状介电材料弯曲或类弯曲变形，在片状介电材料的厚度方向产生应变梯度和挠曲电响应，从而产生压电效应。
【IPC分类】H01L41/187, C04B35/462, H01L41/053, C04B41/88, H01L41/113, C04B35/468
【公开号】CN105024009
【申请号】CN201510313590
【发明人】初宝进, 周万丰, 潘祺, 章小同
【申请人】中国科学技术大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年6月8日