鐵電體電致伸縮效應(yīng)測試儀的測試目的

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)——在電場作用下產(chǎn)生納米級形變，成為精密驅(qū)動、能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域的。要精準(zhǔn)量化這種形變，離不開檢測設(shè)備。華測儀器自主研發(fā)的鐵電體電致伸縮效應(yīng)測試儀。

一、電致伸縮效應(yīng)

是指介電體在電場作用下，因誘導(dǎo)極化而產(chǎn)生形變的現(xiàn)象。與壓電效應(yīng)（形變與電場呈線性關(guān)系）不同，電致伸縮效應(yīng)的形變與電場平方成正比，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：

l 零遲滯響應(yīng)：應(yīng)變與電場瞬時同步，動態(tài)重復(fù)精度達(dá)0.01μm級

l 免極化工藝：材料制備后無需預(yù)極化處理，簡化器件制造流程

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、測電致伸縮效應(yīng)的四大目的

1. 材料性能評估

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)。通過測試，可量化材料在電場下的應(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，在電場下能產(chǎn)生顯著應(yīng)變（可達(dá)10?³量級），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)計優(yōu)化

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

l 航空航天：衛(wèi)星天線驅(qū)動機(jī)構(gòu)需在惡劣溫度下工作，測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)器械的微動控制需高精度形變，測試可驗證材料在生理環(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期穩(wěn)定工作，測試可預(yù)測材料壽命，防止設(shè)備故障；

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

4. 質(zhì)量控制

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

l 消費(fèi)電子：手機(jī)振動馬達(dá)材料的形變一致性直接影響用戶體驗，測試可實現(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)定性需通過測試驗證，確保行車安全。

電致伸縮效應(yīng)測試儀

pzt 壓電陶瓷測試曲線圖

三、鐵電體電致伸縮效應(yīng)測試儀

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，適用于高場強(qiáng)下的惡劣條件測試。

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，電滯回線測試頻率可達(dá)270kHz，滿足高頻動態(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，確保形變過程的實時監(jiān)測。

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），確保形變信號的無損捕獲。

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

l 可實現(xiàn)位移測量和振動測量等多種功能，距離到長工作距離可達(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)測試模式電滯回線：定量分析飽和極化(Ps)、剩余極化(Pr)、矯頑場(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，最大測試電容范圍1nF（與頻率相關(guān)）。

l 擴(kuò)展功能電致伸縮專項測試：通過高溫夾具及自動采集軟件，實現(xiàn)高溫下的形變-電場關(guān)系分析。

l 多物理場耦合：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)雜電場序列，模擬實際工況中的非線性激勵。

l 溫區(qū)覆蓋高溫測試：可選配高低溫裝置，實現(xiàn)寬溫區(qū)形變測量。

l 真空兼容性：支持真空環(huán)境測試，適配航空航天材料研究。