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电声元件用压电振膜的研究

徐浚楠  
【摘要】:压电陶瓷是一种能够通过压电效应实现电能和机械能相互转换的功能陶瓷材料。随着便携式设备的发展,厚度在1~100μm之间的压电陶瓷膜在电声元件中的应用越来越广泛。本文针对10~40μm厚度的锆钛酸铅(PZT)压电陶瓷膜进行了微观分析以及厚度特性测试,探讨了介电、压电以及铁电性能参数随厚度变化的规律及内在机制,同时利用厚度50μm的PZT压电陶瓷膜试制了压电扬声器,并测试其性能。 为了获得厚度足够薄(10~50μm),同时电性能良好的PZT压电陶瓷膜片,本文使用流延成型法制备样品。微观结构分析结果表明样品具有单一的钙钛矿相,相结构位于准同型相界附近的富四方结构区域,陶瓷晶粒均匀、气孔较少、致密性好,组成成分与配方设计相一致。 为了改善压电电声元件的低频性能,本文尝试通过减薄PZT压电陶瓷膜厚度来降低谐振频率。实验结果显示,PZT压电陶瓷膜的谐振频率随着厚度的减薄而降低,但同时也发现介电、铁电和压电性能也随着厚度的变化而劣化。引入“死层”模型对实验结果进行理论分析,发现空间电荷的存在是压电陶瓷膜厚度对其性能产生影响的重要原因。 利用厚度50μm的PZT压电陶瓷膜以及专门设计的驱动电路,结合有机玻璃材料、振动板、阻尼环、阻尼胶等进行压电扬声器的设计和制备,在不影响性能的前提下,尽量让其体积、质量达到最小值。通过对自制扬声器的频谱分析结果可知,自制的PZT压电扬声器突破了传统压电扬声器低频段只能达到1kHz的瓶颈,将其工作频段扩大到600~12000Hz范围内,对人声的播放有良好的性能表现。


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