專利名稱：一種NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用的制作方法
一種NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及已知N汀i/PZT復(fù)合功能材料的應(yīng)用，特別是一種NiTi/PZT復(fù)合功 能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用。背景技術(shù)：
壓電材料(具有壓電效應(yīng)的功能材料)是一類受到工程界重視的具有力一電 信號轉(zhuǎn)換功能的材料，其中壓電陶瓷鋯鈦酸鉛(Pb(ZrTi)03，簡記PZT)最受關(guān)注。 壓電效應(yīng)就是指對材料施加壓力時，材料兩個表面上出現(xiàn)符號相反的束縛電荷， 形成電場，且與壓力成正比。PZT的靈敏度可高達(dá)20 mV/^ie，且易于在物體表面 粘貼或內(nèi)部嵌埋，實現(xiàn)與原結(jié)構(gòu)一體化。然而PZT是脆性材料，不能承受應(yīng)力與 應(yīng)變的沖擊，因而發(fā)展PZT力一電信號轉(zhuǎn)換元件必須要解決其抗機(jī)械沖擊能力弱 的問題。NiTi形狀記憶合金(shape memory effect ,簡記為NiTi SMA)是受到工程領(lǐng) 域重視的功能材料，當(dāng)處于馬氏體組織狀態(tài)時其電阻與作用應(yīng)力之間呈現(xiàn)線性關(guān) 系。但其的缺點(diǎn)是明顯的響應(yīng)頻率范圍窄，僅在幾個赫茲范圍；且響應(yīng)速率慢。因而其在工程中的使用受到很大的限制?，F(xiàn)有技術(shù)中有一種將PZT薄膜用溶膠一凝膠法沉積在NiTiSMA基體上而制備 出NiTi/PZT復(fù)合功能材料的專利報道(鎳鈦記憶合金與壓電陶瓷異質(zhì)三步復(fù)合工 藝，ZL02131042.4)。該材料作為一種新型的復(fù)合功能材料，具有將NiTi SMA與 PZT有機(jī)地復(fù)合起來得到兩者優(yōu)勢互補(bǔ)的力一電信號轉(zhuǎn)換性能的復(fù)合功能材料優(yōu) 勢，近而可能獲得力一電信號轉(zhuǎn)換性能優(yōu)越的NiTi/PZT復(fù)合功能材料力一電信號 轉(zhuǎn)換器。但是如何進(jìn)行NiTi/PZT復(fù)合功能材料力-電信號轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的設(shè)計不僅是 N汀i/PZT復(fù)合功能材料走向?qū)嶋H的關(guān)鍵，更是NiTi/PZT復(fù)合功能材料力-電信號轉(zhuǎn) 換器進(jìn)入工程應(yīng)用的關(guān)鍵。關(guān)于這一問題國內(nèi)外鮮有報道。這一問題至今尚未有 效地解決。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的旨在針對現(xiàn)有技術(shù)亟待解決的問題，而提出一種NiTi/PZT復(fù)合功能材
料的新用途，以解決MTi/PZT復(fù)合功能材料作為力一電信號轉(zhuǎn)換器進(jìn)入工程應(yīng)用的問 題，發(fā)展一種NiTi/PZT復(fù)合功能材料力一電信號轉(zhuǎn)換器。本發(fā)明設(shè)計了一種NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的新用途。它 直接將片狀NiTi/PZT復(fù)合功能材料作為力-電信號轉(zhuǎn)換器，使用在工程結(jié)構(gòu)的工作 環(huán)境。所述NiTi/PZT復(fù)合功能材料的厚度為100—150nm，其中NiTiSMA材料為基 體，PZT以1-10nm厚度的薄膜形式復(fù)合在NiTiSMA兩側(cè)表面上，NiTiSMA基體與 PZT之間有l(wèi)nm—5 pm厚度的Ti02過渡層。本發(fā)明的有益效果是直接將片狀NiTi/PZT復(fù)合功能材料作為力一電信號轉(zhuǎn) 換器，結(jié)構(gòu)中沒有任何其它電子結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)，及任何封裝結(jié)構(gòu)，僅通過NiTiSMA 與PZT兩種功能材料的力一電信號轉(zhuǎn)換特性及兩種材料復(fù)合后的優(yōu)勢互補(bǔ)，在空 氣環(huán)境中實現(xiàn)力一電信號的轉(zhuǎn)換。
圖l為NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器使用示意圖。 以下將結(jié)合本發(fā)明的實施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實施方式本發(fā)明利用NiTi/PZT復(fù)合功能材料制成力-電信號轉(zhuǎn)換器，在空氣環(huán)境中，直 接粘附于工程結(jié)構(gòu)的表面上，直接感知工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化，并將應(yīng)力信號轉(zhuǎn)換 為荷電信號。適用的工作環(huán)境為工作溫度-l(TC—30(rC ，響應(yīng)頻率范圍 0—100Hz;響應(yīng)速率為毫秒級；微應(yīng)變范圍O--5000。在工作溫度20。C——IO(TC; 響應(yīng)頻率范圍0——50H z ;響應(yīng)速率為毫秒級；微應(yīng)變范圍0—3000下將有更好 的使用效果。 實施例1:NiTi/PZT復(fù)合功能材料力-電信號轉(zhuǎn)換器1，見附圖1所示。其本身僅由 NiTi/PZT復(fù)合功能材料構(gòu)成，為厚度12(Him，長50mm，寬5mm的薄片結(jié)構(gòu)。 兩端固定信號引出導(dǎo)線2。其中的NiTi/PZT復(fù)合功能材料的材料組成結(jié)構(gòu)是，以 NiTiSMA薄片材料為基體，PZT以厚度約5pm薄膜形式復(fù)合在NiTiSMA薄片兩 側(cè)表面上，NiTiSMA與PZT之間有伴隨NiTiSMA與PZT之間結(jié)合反應(yīng)而形成的 過渡層，如Ti02過渡層。
實施例2:NiTi/PZT復(fù)合功能材料應(yīng)用于力-電信號轉(zhuǎn)換器，見附圖2所示。圖中NiTi/PZT復(fù)合功能材料力-電信號轉(zhuǎn)換器1直接粘附于建筑工程結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土 梁3的表面之上。NiTi/PZT復(fù)合功能材料力-電信號轉(zhuǎn)換器直接感知鋼筋混凝土梁 在環(huán)境震動載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力變化，并將應(yīng)力信號轉(zhuǎn)換為荷電信號，通過引 出導(dǎo)線2與測試儀表連接。實驗數(shù)據(jù)表明在工作溫度20°C、響應(yīng)頻率范圍 0—50Hz、微應(yīng)變范圍0—2000內(nèi)，NiTi/PZT復(fù)合功能材料力-電信號轉(zhuǎn)換器，可 以傳輸出荷電變化信號。
權(quán)利要求
1、一種NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用，其特征在于直接將片狀NiTi/PZT復(fù)合功能材料作為力-電信號轉(zhuǎn)換器，使用在工程結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的應(yīng) 用，其特征在于所述NiTi/PZT復(fù)合功能材料的厚度為100—15(^m，其中NiTiSMA 材料為基體，PZT以1 —10nm厚度的薄膜形式復(fù)合在NiTiSMA兩側(cè)表面上， NiTiSMA基體與PZT之間有l(wèi)pm— 5 pm厚度的Ti02過渡層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的 應(yīng)用，其特征在于所述工程結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境，是在空氣環(huán)境中，直接粘附于工程 結(jié)構(gòu)表面之上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的應(yīng) 用，其特征在于所述工作環(huán)境為工作溫度為一10。C——30(TC;響應(yīng)頻率范圍 0——100H z ;響應(yīng)速率為毫秒級；微應(yīng)變范圍0-5000。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的應(yīng) 用，其特征在于所述工作環(huán)境為工作溫度2(TC——IOO'C;響應(yīng)頻率范圍0——50 H z ;微應(yīng)變范圍0—3000。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計了一種NiTi/PZT復(fù)合功能材料在力-電信號轉(zhuǎn)換器上的應(yīng)用。它直接將片狀NiTi/PZT復(fù)合功能材料作為力-電信號轉(zhuǎn)換器，使用在工程結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境中。所述NiTi/PZT復(fù)合功能材料的厚度為100-150μm，其中以NiTiSMA材料為基體，PZT以1-10μm厚度的薄膜形式復(fù)合在NiTiSMA兩側(cè)表面上，并在NiTiSMA基體與PZT之間有1μm-5μm厚度的TiO₂過渡層。本發(fā)明直接將片狀NiTi/PZT復(fù)合功能材料作為力-電信號轉(zhuǎn)換器，結(jié)構(gòu)中沒有任何其它電子結(jié)構(gòu)、機(jī)械結(jié)構(gòu)，及任何封裝結(jié)構(gòu)，僅通過NiTiSMA與PZT兩種功能材料的力-電信號轉(zhuǎn)換特性及兩種材料復(fù)合后的優(yōu)勢互補(bǔ)，在空氣環(huán)境中實現(xiàn)對力-電信號的轉(zhuǎn)換。
文檔編號H01L41/083GK101150167SQ200710060070
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者劉慶鎖 申請人:天津理工大學(xué)