CN109671841A - 一种功能结构一体化压电微驱动器 - Google Patents

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吴越
曾祥莉
田丰君
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Abstract

本发明涉及一种功能结构一体化压电微驱动器，包括：树脂基质、纳米颗粒、压电材料颗粒和导体颗粒，特点在于整个实体结构划分为第一电极梳区、第二电极梳区、非导电区和局部压电改性区，其中：所述树脂基质中均匀分布有导电性良好的纳米颗粒形成介电特性与所述压电材料颗粒接近的介电改性基质；各层由不同的复合材料构成，通过分别不同的挤出头，用多层增材制造的方式形成所述的材料布置。由于采用增材制造一次成型，便于微型化，在微机械、微流体驱动以及微小机器人等方面具有广泛的应用前景。

Description

一种功能结构一体化压电微驱动器
技术领域
本发明属于新型功能材料领域，具体涉及一种功能结构一体化压电微驱动器。
背景技术
压电驱动器是利用材料的压电特性，在压电材料两端输入电压，形成特定的机械力与位移的输出。传统有机材料一般不具备压电特性，即使有机压电材料其压电性能也只有压电陶瓷材料的10%左右，其压电性能较弱，限制了其在许多领域的应用。由此，在有机压电材料中添加压电陶瓷材料进行改性增加压电有机材料压电性能的方法被提出并得到了验证。但是，有机材料与压电材料介电常数相差较大，导致二者复合后压电陶瓷颗粒性能不能完全发挥，因此压电性能的提升有限。目前纳米材料材料的制备已经趋于成熟，具有稳定的材料来源，将其用于复合材料改性具有良好的应用前景和商业价值，利用导电纳米颗粒与压电或非压电材料的树脂基质复合，是能够调控复合材料介电特性的，这种介电特性调控方法也得到了验证。与此同时，随着增材制造技术的进步，使得多相材料增材制造、多材料增材制造方法也得到了广泛的测试，在同一结构中布置不同物质以形成一体化制造的新型器件也已经成为可能。传统的多层压电器件存在着结构复杂、制造困难等问题，特别是压电叠堆驱动器由于工艺限制，对生产能力要求非常高，是其生产与应用过程中面临的主要问题。
发明内容
为了解决传统叠层压电驱动器结构、工艺复杂引起的成本高、应用受限等问题，利用多材料增材制造技术，按需布置材料，提出了利用材料特殊分布形成的一种功能结构一体化压电微驱动器，由树脂基质1、纳米颗粒2、压电材料颗粒3和导体颗粒4按照特定的结构与分布方式构成，可实现单实体结构压电叠层驱动器的形成，是一种全新的功能材料驱动装置。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种功能结构一体化压电微驱动器，包括：树脂基质1、纳米颗粒2、压电材料颗粒3和导体颗粒4，特点在于整个实体结构划分为第一电极梳区11、第二电极梳区12、非导电区13和局部压电改性区14，其中：所述树脂基质1中均匀分布有导电性良好的纳米颗粒2形成介电特性与所述压电材料颗粒3接近的介电改性基质10；所述第一电极梳区11中由所述介电改性基质10中均匀分布导体颗粒4构成，使得其内部电阻远低于所述压电材料颗粒3，区域截面为梳装结构；所述第二电极梳区12与所述第一电极梳区11结构相同，且与所述第一电极梳区11交叉布置且不接触；所述非导电区13由所述介电改性基质10构成，布置于所述第一电极梳区11两梳齿间槽底与所述第二电极梳区12梳齿顶端之间，同时布置于所述第二电极梳区12两梳齿间槽底与所述第一电极梳区11梳齿顶端之间；所述压电改性区14由所述介电改性基质10内均匀分布所述压电材料颗粒3构成，且布置于所述第一电极梳区11与第二电极梳区12的梳齿结构之间。各层由不同的复合材料构成，通过分别不同的挤出头，用多层增材制造的方式形成所述的材料布置。
成型后的结构，在所述的第一电极梳区11和第二电极梳区12之间施加高压直流电，对所述的压电改性区14进行极化。工作时，在两电极梳区之间施加交变电压，驱动器在压电效应的作用下发生往复伸缩振动。
附图说明
图1 是本发明一种功能结构一体化压电微驱动器特性区分布示意图。
图2 是本发明一种功能结构一体化压电微驱动器的内部材料分布示意图。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明一种功能结构一体化压电微驱动器，包括：树脂基质1、纳米颗粒2、压电材料颗粒3和导体颗粒4，特点在于整个实体结构划分为第一电极梳区11、第二电极梳区12、非导电区13和局部压电改性区14，其中：所述树脂基质1中均匀分布有导电性良好的纳米颗粒2形成介电改性基质10；所述第一电极梳区11中由所述介电改性基质10中均匀分布导体颗粒4构成，区域截面为梳装结构；所述第二电极梳区12与所述第一电极梳区11结构相同，且与所述第一电极梳区11交叉布置且不接触；所述非导电区13由所述介电改性基质10构成，布置于所述第一电极梳区11两梳齿间槽底与所述第二电极梳区12梳齿之间，同时布置于所述第二电极梳区12两梳齿间槽底与所述第一电极梳区11梳齿顶端之间；所述压电改性区14由所述介电改性基质10内均匀分布所述压电材料颗粒3构成，且布置于所述第一电极梳区11与第二电极梳区12的梳齿结构之间。上述各层材料通过增材制造按层依次布置。
成型后的结构，在所述的第一电极梳区11和第二电极梳区12之间施加高压直流电，对所述的压电改性区14进行极化。工作时，在两电极梳区之间施加交变电压，驱动器在压电效应的作用下发生往复伸缩振动。

Claims (1)

1.一种功能结构一体化压电微驱动器，包括：树脂基质（1）、纳米颗粒（2）、压电材料颗粒（3）和导体颗粒（4），特点在于整个实体结构划分为第一电极梳区（11）、第二电极梳区（12）、非导电区（13）和局部压电改性区（14），其中：所述树脂基质（1）中均匀分布有导电性良好的纳米颗粒（2）形成介电改性基质（10）；所述第一电极梳区（11）中由所述介电改性基质（10）中均匀分布导体颗粒（4）构成，区域截面为梳装结构；所述第二电极梳区（12）与所述第一电极梳区（11）结构相同，且与所述第一电极梳区（11）交叉布置且不接触；所述非导电区（13）由所述介电改性基质（10）构成，布置于所述第一电极梳区（11）两梳齿间槽底与所述第二电极梳区（12）梳齿顶端之间，同时布置于所述第二电极梳区（12）两梳齿间槽底与所述第一电极梳区（11）梳齿顶端之间；所述压电改性区（14）由所述介电改性基质（10）内均匀分布所述压电材料颗粒（3）构成，且布置于所述第一电极梳区（11）与第二电极梳区（12）的梳齿结构之间。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021113123A3 (en) * 2019-12-02 2021-07-15 GE Precision Healthcare LLC Methods and systems for ground recover in a transducer array

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