鐵電體電致伸縮效應(yīng)測(cè)試儀的測(cè)試目的

在精密制造,、航空航天,、生物醫(yī)療等前沿領(lǐng)域，材料的微小形變往往決定著設(shè)備的性能極限,。鐵電體材料因特殊的電致伸縮效應(yīng)——在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生納米級(jí)形變,，成為精密驅(qū)動(dòng)、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的“明日之星”,。要精準(zhǔn)量化這種形變,，離不開檢測(cè)設(shè)備,。華測(cè)儀器自主研發(fā)的鐵電體電致伸縮效應(yīng)測(cè)試儀。

一,、電致伸縮效應(yīng)

是指介電體在電場(chǎng)作用下,，因誘導(dǎo)極化而產(chǎn)生形變的現(xiàn)象。與壓電效應(yīng)（形變與電場(chǎng)呈線性關(guān)系）不同,，電致伸縮效應(yīng)的形變與電場(chǎng)平方成正比,，且方向無關(guān)。這種“平方效應(yīng)”使得電致伸縮材料在高頻,、高溫等惡劣條件下具有特殊優(yōu)勢(shì)：

l 零遲滯響應(yīng)：應(yīng)變與電場(chǎng)瞬時(shí)同步,，動(dòng)態(tài)重復(fù)精度達(dá)0.01μm級(jí)

l 免極化工藝：材料制備后無需預(yù)極化處理，簡(jiǎn)化器件制造流程

l 惡劣環(huán)境適應(yīng)性：在惡劣溫域內(nèi)保持穩(wěn)定機(jī)電耦合特性

二,、測(cè)電致伸縮效應(yīng)的四大目的

1. 材料性能評(píng)估

l 電致伸縮系數(shù)（Q或M）是衡量材料機(jī)電耦合性能的關(guān)鍵指標(biāo),。通過測(cè)試，可量化材料在電場(chǎng)下的應(yīng)變能力,，例如：

l 弛豫型鐵電體（如鈮鎂酸鉛）因高介電常數(shù)（可達(dá)10?）和低剩余極化,，在電場(chǎng)下能產(chǎn)生顯著應(yīng)變（可達(dá)10?3量級(jí)），適合高溫/高頻應(yīng)用,；

l 聚合物電致伸縮材料（如經(jīng)電子束輻照的聚合物）具有低楊氏模量和高擊穿場(chǎng)強(qiáng)（>1000MV/m）,，最大應(yīng)變可達(dá)30%，適合柔性電子領(lǐng)域,。

2. 器件設(shè)計(jì)優(yōu)化

l 在微位移器件（如精密驅(qū)動(dòng)器,、光學(xué)鏡片定位臺(tái)）中，電致伸縮材料的應(yīng)變精度（可達(dá)0.01μm級(jí)）和響應(yīng)速度（微秒級(jí)）直接影響器件性能,。通過測(cè)試,，可篩選出適合特定頻率（如MHz級(jí)）和電場(chǎng)強(qiáng)度（如10kV/cm）的材料，避免設(shè)計(jì)盲區(qū),。例如：

l 航空航天：衛(wèi)星天線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)需在惡劣溫度下工作,，測(cè)試可篩選出低熱滯后材料，確保定位精度,；

l 生物醫(yī)療：微創(chuàng)手術(shù)器械的微動(dòng)控制需高精度形變，測(cè)試可驗(yàn)證材料在生理環(huán)境下的可靠性,。

3. 失效分析

在惡劣條件下（如高壓,、高溫），材料可能因電致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致疲勞或斷裂,。例如：

高壓電器設(shè)備：電致伸縮換能器需長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,，測(cè)試可預(yù)測(cè)材料壽命，防止設(shè)備故障,；

新能源領(lǐng)域：固態(tài)電池電解質(zhì)材料在電場(chǎng)下的微變形需嚴(yán)格控制,，避免電池鼓包風(fēng)險(xiǎn),。

4. 質(zhì)量控制

在工業(yè)生產(chǎn)中，電致伸縮效應(yīng)測(cè)試是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié),。例如：

l 消費(fèi)電子：手機(jī)振動(dòng)馬達(dá)材料的形變一致性直接影響用戶體驗(yàn),，測(cè)試可實(shí)現(xiàn)批量產(chǎn)品的性能篩選；

l 汽車電子：傳感器材料的形變穩(wěn)定性需通過測(cè)試驗(yàn)證,，確保行車安全,。

電致伸縮效應(yīng)測(cè)試儀

pzt 壓電陶瓷測(cè)試曲線圖

三、鐵電體電致伸縮效應(yīng)測(cè)試儀

l 電壓輸出能力內(nèi)置電壓檔位：±10V,、±20V,、±100V、±200V,，覆蓋薄膜至塊體材料的測(cè)試需求,。

l 擴(kuò)展電壓范圍：通過外接功率放大模塊，電壓可升至±4kV,、±10kV甚至±20kV或更高,，適用于高場(chǎng)強(qiáng)下的惡劣條件測(cè)試。

l 頻率控制范圍基礎(chǔ)頻率：0.2–1MHz,，支持PC端自定義波形（正弦波,、三角波、矩形波等）,。

l 高頻性能：在±200V內(nèi)置電壓下,，電滯回線測(cè)試頻率可達(dá)270kHz，滿足高頻動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析,。

l 電流與精度輸出電流峰值：±1A,，連續(xù)追蹤顯示電流曲線，確保形變過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),。

l 電壓精度：準(zhǔn)確性優(yōu)于0.5%,，最小脈沖寬度低至500ns，上升時(shí)間僅200ns,，捕捉瞬態(tài)形變細(xì)節(jié),。

l 高速采集系統(tǒng)模擬輸入通道：采樣率高達(dá)40MS/s，量程±10V（16位分辨率）,，確保形變信號(hào)的無損捕獲,。

l 覆蓋從低頻到高頻甚至超聲測(cè)量領(lǐng)域DC~2.5MHz的頻率范圍相應(yīng)，最大測(cè)量速度20m/s,，振幅分辨率20pm,，頻率精度小于0.1% 。

l 可實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量和振動(dòng)測(cè)量等多種功能,，距離到長(zhǎng)工作距離可達(dá)40m,，內(nèi)置外置可變集鏡頭可選,。

四、擴(kuò)展性與兼容性

l 基礎(chǔ)測(cè)試模式電滯回線：定量分析飽和極化(Ps),、剩余極化(Pr),、矯頑場(chǎng)(Ec)等關(guān)鍵參數(shù)。

l 脈沖/漏電流/IV-CV曲線：支持脈沖寬度低至1μs,，最大測(cè)試電容范圍1nF（與頻率相關(guān)）,。

l 擴(kuò)展功能電致伸縮專項(xiàng)測(cè)試：通過高溫夾具及自動(dòng)采集軟件，實(shí)現(xiàn)高溫下的形變-電場(chǎng)關(guān)系分析,。

l 多物理場(chǎng)耦合：可選配壓電,、熱釋電、TSDC（熱刺激去極化電流）等模塊,，研究材料在電-熱-力耦合作用下的行為,。

l 波形輸出能力16位任意波形發(fā)生器：生成復(fù)雜電場(chǎng)序列，模擬實(shí)際工況中的非線性激勵(lì),。

l 溫區(qū)覆蓋高溫測(cè)試：可選配高低溫裝置,，實(shí)現(xiàn)寬溫區(qū)形變測(cè)量。

l 真空兼容性：支持真空環(huán)境測(cè)試,，適配航空航天材料研究,。