Research on fatigue diagnosis of structures using the polarization fatigue characteristics of piezoelectric materials

利用压电材料极化疲劳特性进行结构疲劳诊断的研究

• 批准号: 21K04703
• 负责人: 佐藤 宏司
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04703/
• 关键词: 圧電材料; 分極; 疲労; 余寿命判断; 余寿命診断; 残留分極; ヘルスモニタリング

本研究では強誘電性材料の電気的な疲労特性を利用することにより、構造体に生じた機械振動や歪みの履歴を残留分極の減少として記録する新しいヘルスモニタリングシステムの研究開発を目標にしている。従来の歪み検出センサとその計測システムとは異なり、システムの構成は歪みを電気エネルギーに変換するための駆動用圧電デバイスと発生した電気エネルギーにより分極反転を繰り返す強誘電性薄膜の組み合わせただけの簡単な構造であり、外部からのエネルギー供給無しにセンサユニットに履歴を記録させることが可能である。この分極疲労の劣化現象は強誘電体薄膜の材料や厚み、大きさ、温度や加える電圧により変化するため、本年度は、昨年度作製した分極疲労特性の評価を自動測定するシステムを用いて、３００℃近辺（キューリー点前後）での分極の影響、温度が上昇した場合、温度が下降した場合等、様々な条件での分極測定を行った。一般的な圧電材料であるチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）において、キューリー点近辺まで分極温度を上げることにより、本来分極処理に必要であった2kV/mmの分極電圧を従来の1/10の200V/mm以下まで下げることに成功した。また150℃近辺までの温度を上げるだけでも従来の1/4程度の500V/mmで十分な分極処理をお香なうことに成功した。今後はこの分極処理の影響と分極反転疲労への影響を評価し、分極疲労現象に温度、時間、電圧がどのように影響するのかを調べていく。

The purpose of this study is to explore the utilization of the electrical properties of highly inductive materials, the reduction of residual polarization due to mechanical vibration and vibration in structures, and the development of new research methods. The structure of the system is different from that of the system, and the system is different from that of the system. The system is different from that of the system. This phenomenon of polarization degradation includes material thickness, temperature, voltage change of ferroelectric thin film, automatic measurement of polarization characteristics of current year and yesterday's production, polarization influence near 300℃ (before and after the temperature), temperature rise, temperature drop, etc. General voltage materials such as lead zirconate (PZT) are used for polarization treatment, and the polarization voltage of 2 kV/mm is 1/10 of that of 200V/mm or less. 150℃ near the end of the temperature rise to 1/4 of the degree of 500V/mm, very good polarization treatment In the future, the influence of polarization treatment and polarization fatigue will be evaluated, and the influence of temperature, time and voltage on polarization fatigue will be adjusted.