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MFC壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)器

更新時(shí)間: 2021-10-30

智能材料與結(jié)構(gòu)是一種新型的高科技技術(shù),也是一門綜合科學(xué),它涉及材料、力學(xué)、物理、化學(xué)、電子、控制等多個(gè)學(xué)科。智能材料與結(jié)構(gòu)的應(yīng)用前景非常廣闊,有望在航空、航天、艦船、自動(dòng)控制等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。MFC壓電纖維復(fù)合材料就是一種新型的壓電智能材料。

傳統(tǒng)的壓電陶瓷片材料存在許多缺陷。例如:容易出現(xiàn)脆性斷裂,在處理和焊接時(shí)需要特別小心,無法應(yīng)用于應(yīng)變較大的場合。在長期使用過程中,壓電陶瓷內(nèi)部容易出現(xiàn)微小裂紋,可靠性降低,且很難粘貼在表面彎曲的結(jié)構(gòu)上。壓電陶瓷片的這些缺點(diǎn)也限制了壓電陶瓷的廣泛應(yīng)用。鑒于這樣的原因,MFC壓電纖維復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生,通過將壓電陶瓷材料與其它結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)異特性復(fù)合的方式,形成一個(gè)整體的執(zhí)行器或傳感器,彌補(bǔ)了單層壓電陶瓷片的不足?;趬弘姀?fù)合材料的優(yōu)勢,MFC也得到了廣泛的應(yīng)用。

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圖、MFC驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖

MFC壓電復(fù)合材料是將壓電陶瓷材料和柔性聚合物按一定的連通方式、一定的體積或重量比例以及一定的空間幾何分布制成的材料,兩種材料的復(fù)合可以使其優(yōu)勢互補(bǔ),獲得既具有較強(qiáng)壓電特性,同時(shí)又具有良好韌性的綜合性能優(yōu)異的壓電材料。壓電復(fù)合材料不僅可以解決傳統(tǒng)技術(shù)中難于解決的問題,而且其作用也是其他材料難以取代的。

 

MFC工作模式

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MFC P1模式

MFC  P1 F1 S1型(d33效果),伸長型

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注:白色箭頭代表電場方向(極化方向),黑色箭頭表示形變方向。

P1MFC,包括F1S1型,利用d33效應(yīng)進(jìn)行促動(dòng)如果在-500V+ 1500V 的電壓下工作,則可延長至1800ppmP1MFC也是非常靈敏的應(yīng)變傳感器。

 

MFC P2模式

MFC  P2 P3型(d31效果),收縮型

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注:白色箭頭代表電場方向(極化方向),黑色箭頭表示形變方向。

P2P3MFC利用d31效應(yīng)進(jìn)行促動(dòng),如果在-60V+ 360V的電壓下工作,則收縮高達(dá)750ppm。P2P3MFC主要用于能量收集和應(yīng)變傳感器。

 

MFC應(yīng)用

目前MFC主要用于振動(dòng)傳感器和驅(qū)動(dòng)器,將MFC與結(jié)構(gòu)材料粘接在一起,通過自身的變形使結(jié)構(gòu)材料發(fā)生形變,也可以用來檢測結(jié)構(gòu)材料所受的外力作用。MFC可以產(chǎn)生相反的作用力來抵消外力作用,從而減小結(jié)構(gòu)材料的變形,即抑制振動(dòng)。

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MFC產(chǎn)品參數(shù)

 


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