Bi(Me)O3-PbTiO3-ABO3系MPB压电陶瓷及驱动器的高温性能

基本信息
批准号:51302163
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:陈建国
学科分类:
依托单位:上海大学
批准年份:2013
结题年份:2016
起止时间:2014-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:程晋荣,金国玺,童彤,蒋佳佳,曹文慧,黄胜利,戴蕊,王大磊
关键词:
压电驱动器高温性能准同型相界(MPB)Bi(Me)O3PbTiO3ABO3系压电陶瓷
结项摘要

Recently, automotive, aerospace, energy and petrochemical industries have expressed their urgent needs for high-temperature (≥ 150 ℃) and high-performance piezoelectric actuators to achieve real-time, high-speed, dynamic and precise control of gas and liquid flow. Compared with the dominate commercial PZT ceramics, Bi(Me)O3-PbTiO3 based solid solutions (Me = Sc3+, In3+, Fe3+, Yb3+, etc.) exhibit considerable piezoelectric properties, higher Curie temperature, lower content of lead and better mechanical properties. These merits imply that Bi(Me)O3-PbTiO3 based solid solutions are competitive candidates for high-temperature and high-performance actuators. The motivations of this project are as follows. The new-type of modified Bi(Me)O3-PbTiO3 based solid solutions are prepared by solid state reaction method, and full set of material parameters for the compositions near the morphotropic phase boundary (MPB), such as elastic (sij, cij), piezoelectric (dij, eij, gij, hij), dielectric (εij, βij), and electromechanical coupling coefficients (kij), are investigated in the temperature range from 25 to 600 ℃. Furthermore, the electric, mechanical losses as well as nonlinear dielectric, piezoelectric, and electromechanical properties in wide temperature range are systematically studied. At last, piezoelectric actuators capable of working effectively and stably are proposed, and the performances of actuators, such as speed, efficiency, and load under different temperature, magnitude of preload, and driving electric fields and frequencies are discussed systematically.

汽车、航空、航天、能源以及石油化工领域迫切需要能在高温苛刻环境下(150 ℃以上)实时、高速、动态控制气体、液体流量的高温、高性能特种压电驱动器。与商用锆钛酸铅基压电材料相比,Bi(Me)O3 系准同型相界(MPB)固溶体具有压电性能相当、居里温度高、铅含量少、机械性能好等优点,是一种环境友好和可在高温环境下稳定、高效工作的驱动器用关键材料。本项目旨在探索新型Bi(Me)O3 系MPB压电固溶体陶瓷的制备科学;系统表征器件设计用材料参数,如介电、压电、弹性和机电耦合系数等与温度(25-600 ℃)之间关系;揭示高温、强电场下压电材料的谐振特性和损耗机制,以及介电、压电和机电非线性特征;设计能够在宽温度范围内稳定、高效工作的高温压电驱动器原型器件;探讨压电驱动器的驱动输出特性与环境温度、预加荷载及驱动电源特性之间关系。

项目摘要

汽车、航空、航天、能源以及石油化工领域迫切需要能在高温苛刻环境下(150 ℃以上)实时、高速、动态控制气体、液体流量的高温、高性能特种压电驱动器。与商用锆钛酸铅基压电材料相比,Bi(Me)O3 系准同型相界(MPB)固溶体具有压电性能相当、居里温度高、铅含量少、机械性能好等优点,是一种环境友好和可在高温环境下稳定、高效工作的驱动器用关键材料。本论文针对两个固溶体(分别是BiFeO3-PbTiO3(BF-PT)和BiScO3-PbTiO3(BS-PT))开展研究。首先设计在两个固溶体中分别引入Pb(Mn,Nb)O3, Pb(Zn,Nb)O3和BaZrO3等ABO3型第三组元;之后采用固相反应法制备该系列压电陶瓷;深入分析结构与高居里点、高压电活性之间关系;最后采用优异压电材料设计、装配压电驱动器,并对其压电高温驱动特性进行研究。结果表明,1)第三元的引入有利于提高材料压电活性,适量的引入BZ能够使BF-PT固溶体同时具有高的相变温度(600 oC)和大的压电系数(100 pC/N);(2)准同型相界附近偏四方的组元具有更加优异的温度稳定性,Fe和Pb(Mn,Nb)O3共同改性的硬性压电陶瓷与传统的压电材料PZT性能相当,居里温度高100oC;3)设计装配的压电驱动器能够在300oC的高温下稳定工作,并输出较大的位移。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

Efficient photocatalytic degradation of organic dyes and reaction mechanism with Ag2CO3/Bi2O2CO3 photocatalyst under visible light irradiation

Efficient photocatalytic degradation of organic dyes and reaction mechanism with Ag2CO3/Bi2O2CO3 photocatalyst under visible light irradiation

DOI:
发表时间:2016
2

Intensive photocatalytic activity enhancement of Bi5O7I via coupling with band structure and content adjustable BiOBrxI1-x

Intensive photocatalytic activity enhancement of Bi5O7I via coupling with band structure and content adjustable BiOBrxI1-x

DOI:10.1016/j.scib.2017.12.016
发表时间:2018
3

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
4

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
5

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

气相色谱-质谱法分析柚木光辐射前后的抽提物成分

DOI:10.14067/j.cnki.1673-923x.2018.02.019
发表时间:2018

陈建国的其他基金

批准号:38870881
批准年份:1988
资助金额:3.00
项目类别:面上项目
批准号:30971433
批准年份:2009
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:30570556
批准年份:2005
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:31571376
批准年份:2015
资助金额:61.00
项目类别:面上项目
批准号:31371349
批准年份:2013
资助金额:100.00
项目类别:面上项目
批准号:31500185
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31630092
批准年份:2016
资助金额:272.00
项目类别:重点项目
批准号:60578013
批准年份:2005
资助金额:24.00
项目类别:面上项目
批准号:30770663
批准年份:2007
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:30930104
批准年份:2009
资助金额:190.00
项目类别:重点项目
批准号:81171258
批准年份:2011
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:30270351
批准年份:2002
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:81473198
批准年份:2014
资助金额:96.00
项目类别:面上项目
批准号:30270334
批准年份:2002
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:69777019
批准年份:1997
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:51872180
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:70801039
批准年份:2008
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81673414
批准年份:2016
资助金额:50.00
项目类别:面上项目
批准号:10276026
批准年份:2002
资助金额:22.00
项目类别:联合基金项目

相似国自然基金

1

高温、高性能压电陶瓷制备及其高温失效机理研究

批准号:51372110
批准年份:2013
负责人:徐志军
学科分类:E0206
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
2

高温高性能Bi4Ti3O12基陶瓷在循环压缩载荷下的铁弹行为及压电疲劳研究

批准号:11702037
批准年份:2017
负责人:陈渝
学科分类:A0812
资助金额:30.00
项目类别:青年科学基金项目
3

锆钛酸铅系压电陶瓷使用寿命评价及高性能、高寿命压电陶瓷研发

批准号:51762009
批准年份:2017
负责人:郑徳一
学科分类:E0206
资助金额:38.00
项目类别:地区科学基金项目
4

梯度功能压电独石驱动器陶瓷

批准号:59782009
批准年份:1997
负责人:孟中岩
学科分类:E0208
资助金额:15.00
项目类别:专项基金项目