光電所在下一代壓電陶瓷驅動器研究方面取得進展

　　疊層共燒壓電驅動器是將流延陶瓷基片與印刷電極層交替堆疊后共燒而成的一體式固體電子元件，具有驅動電壓低、位移精度高、輸出力大、響應速度快等特點?；趬弘婒寗拥奶匦?，該元器件在高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，這樣極大地提高了噴油量的計量精度、降低燃油消耗和噪聲、提高了發(fā)動機功率。僅到2012年，德國大陸公司便已生產了5000萬支壓電驅動器應用于汽車領域。目前在該元器件的技術和市場領域，國外公司如德國大陸、德國博世、日本TDK（愛普科斯）等占據(jù)壟斷地位。

　　現(xiàn)在使用的壓電驅動器都是基于PZT壓電陶瓷，但PZT陶瓷在生產和廢棄過程中會對環(huán)境產生潛在的影響。BNT陶瓷由于環(huán)境友好性、大變形量、高剛度和耐電學疲勞特性等因素成為研究者青睞的下一代壓電驅動器原材料。然而，BNT陶瓷存在驅動電場過高和共燒溫度過高等問題。在最近的研究過程中，中國科學院光電技術研究所科研人員通過材料組分、相結構和晶粒尺寸的控制，得到了低驅動電場下應變量較大的BNT陶瓷?；谠撎沾?，通過流延疊層共燒的工藝進一步開發(fā)出BNT陶瓷壓電驅動器原型。相比于目前已經報道的性能最優(yōu)的BNT壓電驅動器而言，驅動電場/電壓進一步降低了三分之一，朝著實用化方向邁出了重要一步，更加接近于PZT驅動器的應用參數(shù)。同時，由于采用低溫燒結技術，內電極貴金屬含量降低，器件的制造成本更低。該研究結果已申請專利一項，在專業(yè)期刊上發(fā)表論文兩篇。

　　該項目得到國家自然科學基金（51402297）與中科院青促會（2016334）資助。

圖1：BNT壓電陶瓷的場致應變行為 

圖2：BNT壓電驅動器原型實物與剖面結構