異方性体の特異な力学効果を利用したFRP圧電素子

利用各向异性材料独特的机械效应的FRP压电元件

• 批准号: 13875125
• 负责人: 若島 健司
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13875125/
• 关键词: 圧電性; 複合材料; 圧電セラミック粒子; ポリマー; 圧電捩れ素子

単斜異方性体として特徴づけられる"off-axis"一方向繊維強化ラミナ(UDラミナ)の特異な力学効果"nomal-shear coupling"を利用した新規の圧電材料として、厚さ方向の印加電界(E_3)によって捩振れ変形するモノモルフ圧電素子を考案し、PZT(Pb(Zr, Ti)O_3)微粒子を分散させたエポキシ樹脂とガラス繊維のハイブリッド複合系を設計対象として、その実現可能性を具体的に検討した。この圧電捩れ素子は、方位角+θと-θのUDラミナによる反対称斜交積層ラミネートであり、その単位電界あたりの捩れ曲率κ/E_3は(d_<31>、-d_<32>)sin2θに比例する。つまり、UDラミナの圧電横効果を表す定数d_<31>(x_1軸//繊維軸方向)とd_<32>が、繊維強化によって|d_<31>|<|d_<32>|なり、この面内異方性が捩れ変形の支配因子となる。本研究では、微視力学解析による一連の計算を行って、UDラミナの基本物性(弾性率、誘電率、圧電d定数)に及ぼすPZT粒子およびガラス繊維の体積含有率の影響を定量的に調べ、供試体成形作業の難易度も考慮して、PZTとエポキシの配合比(体積比)は約50:50、ガラス繊維の体積率は10〜20%に設定した。PZT粉末(粒径0.5〜1μm)とエポキシ樹脂の撹拌脱泡スラリーを開繊処理したガラス繊維束中に含浸させ、80℃で加圧成形して、厚さ250〜350μmのUDラミナを作製した。これにAuPd電極を蒸着し、80℃のシリコンオイル中で約40MV/mの電界を印加して分極処理を施した。これを供試体とし、Reolograph-Solid・(東洋精機(株)製)を用いて繊維軸に平行および垂直方向の圧電ひずみ定数(d_<31>、d_<32>)とヤング率(E_L、E_T)および厚さ方向の誘電率を25〜80℃の温度域で測定し、繊維強化による面内圧電異方性の発現を確認すると共に、その温度依存性も明らかにした。さらに、2枚のUDラミナを±45°に反対称積層したラミネートについて、室温にて厚さ方向の印加電圧(AC50V)による捩れ応答を検出した。

A study on the "nomal-shear coupling" of piezoelectric materials in the "off-axis" and "thickness" directions and the "nomal-shear coupling" of piezoelectric elements in the "off-axis" directions The design object and implementation possibilities of the composite system of (Pb(Zr, Ti)O_3) fine particles dispersed in a composite resin and graphite particles were specifically discussed. The voltage transition element is opposite to the azimuth angle +θ-θ and the inverse symmetric oblique cross layer is opposite to the azimuth angle +θ<31>-<32>θ and the inverse symmetric oblique cross layer is opposite to the azimuth angle. D_(x_1 axis//dimension axis direction) d_ (x_1 axis/dimension direction) d_<31>(x_1 axis/dimension direction/dimension direction) d_ (x_1 axis/dimension direction/dimension direction) d_(x_1 axis/dimension direction/dimension direction) d_(x_1 axis/dimension direction/dimension/dimension/dimension direction/dimension/dimension/<32>dimension| d_<31>|&lt;|d_<32>|The in-plane anisotropy is the dominant factor in the transition. In this study, the calculation of mechanical analysis in Weishi app was carried out, the basic physical properties (conductivity, inductivity, voltage d) of UD particles were quantitatively adjusted, the volume fraction of PZT particles was quantitatively adjusted, the difficulty of forming the specimen was considered, the mixing ratio (volume ratio) of PZT particles was about 50:50, and the volume ratio of PZT particles was set at 10 ~ 20%. PZT powder (particle size: 0.5 ~ 1μm) is prepared by stirring and degassing of PZT resin, impregnating PZT powder in a fiber beam, pressure-forming at 80℃, and forming PZT powder with thickness of 250 ~ 350μm. The AuPd electrode is evaporated at 80℃ and the electrode is separated at about 40MV/m. For this test sample, Reolograph-Solid (manufactured by a lamp precision machine) is used to determine the voltage distribution coefficient (d_, d_ ) in the parallel and vertical directions of the dimensional <31><32>axis, and the inductance (E_L, E_T) in the thickness direction. The temperature range of 25 ~ 80℃ is measured, and the temperature dependence of the in-plane voltage anisotropy in the dimensional enhancement is confirmed. In addition, two UD phase shift detectors are detected at ±45° in the reverse phase shift detector and at room temperature in the thickness direction and at the high voltage (AC50V).