SCMs|独石结构压电陶瓷扭转驱动器

通过设计由异质单元组成的人工结构并调节其界面耦合方式，经常能够得到具有全新性质的功能器件。对压电器件来说，其变形响应来自压电晶体的伸长、压缩、剪切模态及其组合，同时取决于结构设计的边界条件。然而，由于受到晶体微观层面镜面对称性对扭转模态的限制，长期以来，在单一的集成压电元器件中实现基本扭转驱动是一个很困难的任务。

近日，北京大学董蜀湘教授和中科院上海硅酸盐研究所刘志甫研究员等人在SCIENCE CHINA Materials发表研究论文，设计了一种共烧独石驱动器，首次在单一集成压电元器件中实现了基本扭转驱动。

图1 共烧独石驱动器的设计和工作原理示意图。

该原型器件由两组工作在反向人工剪切模态的多层驱动单元组成，它们手性的协同应力耦合将在宽频范围内产生合成的扭转输出。有限元模拟表明通过改变其几何尺寸，扭转位移可以在很大范围调节。横向挠度测试证实了其在电场作用下稳定且相当大的线性输出响应(1 Hz和40 V电压条件下约3.7 μm)。更重要的是，该设计方法实际上提出了在单一压电陶瓷元件中获得任意模态和驱动状态的一种更广泛的途径。

文章信息

Yang, J., Zhang, F., Li, Y. et al. Monolithic piezoceramic actuators with a twist. Sci. China Mater. (2021). https://doi.org/10.1007/s40843-021-1679-x

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