奈米技术实习.DOCVIP

奈米技術實習 第三次報告 指導老師:李友竹 老師 南台科技大學 機械工程系 微奈米技術組 四奈米三乙 組長 林庭億 組員 穆建良 黃琮緯 楊強凱 劉振輝 實習題目： 壓電驅動控制 (PZT操控與光干涉術實習) 實習日期： 99 年 11 月 29 日 緣由 鉛（Pd）、鉻（Zr）和鈦(Ti)為一般所用之PZT 壓電陶瓷約為55％的PbZrO3與45％的PbTiO3的固溶體為鋯鈦酸鉛(PZT)之特性簡介 自1954年Jaffe等人發現鋯鈦酸固溶液材料所具有的優良壓電特性後，PZT即被廣泛的應用在各種壓電裝置(感測器(sensors)、致動器(actuators)及電壓產生器(voltage generators)等)上。 PZT基本上是由xPbZrO3-(1-x)PbTiO3 (0x100)的固溶相所構成的雙成份系統。它的化學式可表示成Pb(ZrxTi1-x)O3，由於其所屬的鈣鈦礦結構，使得其在加入電場後產生了鐵電性質。 壓電/壓磁複合材料係屬於一種新的智慧型材料，此種智慧型複材是由壓電材料與壓磁材料（磁伸縮材料）所組成，會產生原來單相之壓電及壓磁材料所沒有的磁電耦合效應，此耦合效應會增強原單相材料的電場及磁場約10至100倍。所以我們可利用此特性，改進壓電材料與壓磁材料之小頻寬、小訊號、小致動之缺點。故可廣泛的應用於將電能訊號轉為機械能訊號的轉換器上。例如航太、汽車、電子、土木、醫學等工程的探針、感測器、致動器、能量交換器、影像處理、超音波、聲納及非破壞性檢測等上面。 原理 壓電現象是由於在機械能與電能之間的能量轉移現象，Pierre Curie及Jacques Curie兄弟於1880年發現，若對石英晶體施加一機械力，則可在其上得到電荷，隔年，又發現壓電性有逆壓效應存在，在壓電材料上外加一電場，晶體會產生形變。因此，壓電材料基本上具有機械能與電能之間的能量轉移特性，加電場於壓電材料時，帶有不同電性的電荷會產生相對位移，因而產生雙極子（dipoles），而壓電的原理則是當施加一應力T和加入一電場E加於壓電材料時，壓電材料因應力而產生一應變S，使原子產生一位移，形成電偶極Pi。 壓電現象包含了： 正壓電效應（direct piezoelectric effect）。 逆壓電效應（inversepiezoelectric effect）。 所謂正壓電效應，即當施一機械力於壓電材料時，壓電材料兩端會產生一與外力大小成正比例的電荷（電壓）逆壓電效應，即外加一電場於壓電材料兩端時，壓電材料會因產生電偶極而發生形變。 目前壓電材料種類大致可分為三種： 壓電電晶體，包括壓電石英晶體和其他壓電單晶。 壓電陶瓷，包括陶瓷、複和材料等，一般採用鋯鈦酸鉛（Pb（ZrxTi1-x）O3），簡稱PZT的壓電陶瓷材料。 新式的壓電材料，包括了壓電半導體和有機高分子壓電材料兩種。 實驗步驟 供給PZT電壓他就會移動，然後用雷射光經過分光鏡折射到PZT在折射回到雷射光，以上的光線路逕為一道光。如圖一上的編號光的走向為1→2→3→4→5→6→7→8→9→1。1為雷射光，7為PZT，2為分光鏡。還有另一道光走相反的路線，所以一道光出來會分成兩道光。光的走向為1→2→9→8→7→6→5→4→3→2→1。改變DC模式的數值由0到1，通電壓給正旋波給壓電材料使其移動。一開始先由1開始，然後通電，觀察在電腦上的位移。一開始位移量較大，而我們要控制電壓到讓位移在±1格內，而我們這組的實驗數值為0.75，多數人覺得0.75較為接近是±1格。 結果與討論 這個實驗可說是目前為止最輕鬆的一個實驗，實驗內容沒有要做什麼只是用用電腦而已看如果說未來的發展性的話這實驗也可以說使用到的機率算是很高的，只要是開發設計產業用到這項技術的可能性很多，只是看有沒有需要用到這技術而已，但做這實驗最忌諱的就是人多吧，當我們在實驗時只要有人沒有慢慢的走路或是有人故意跳一下，電腦上的圖就會晃動導致我們在看圖上的困難，可以說這是這實驗最困難的一個地方了。 參考資料 /question/question?qid=1405102018359