铁电体电致伸缩效应测试仪的测试目的

铁电体电致伸缩效应测试仪的测试目的

在精密制造、航空航天、生物医疗等前沿领域，材料的微小形变往往决定着设备的性能极限。铁电体材料因特殊的电致伸缩效应——在电场作用下产生纳米级形变，成为精密驱动、能量转换等领域的“明日之星”。要精准量化这种形变，离不开检测设备。华测仪器自主研发的铁电体电致伸缩效应测试仪。

一、电致伸缩效应

是指介电体在电场作用下，因诱导极化而产生形变的现象。与压电效应（形变与电场呈线性关系）不同，电致伸缩效应的形变与电场平方成正比，且方向无关。这种“平方效应”使得电致伸缩材料在高频、高温等恶劣条件下具有特殊优势：

l 零迟滞响应：应变与电场瞬时同步，动态重复精度达0.01μm级

l 免极化工艺：材料制备后无需预极化处理，简化器件制造流程

l 恶劣环境适应性：在恶劣温域内保持稳定机电耦合特性

二、测电致伸缩效应的四大目的

1. 材料性能评估

l 电致伸缩系数（Q或M）是衡量材料机电耦合性能的关键指标。通过测试，可量化材料在电场下的应变能力，例如：

l 弛豫型铁电体（如铌镁酸铅）因高介电常数（可达10⁴）和低剩余极化，在电场下能产生显著应变（可达10⁻³量级），适合高温/高频应用；

l 聚合物电致伸缩材料（如经电子束辐照的聚合物）具有低杨氏模量和高击穿场强（>1000MV/m），最大应变可达30%，适合柔性电子领域。

2. 器件设计优化

l 在微位移器件（如精密驱动器、光学镜片定位台）中，电致伸缩材料的应变精度（可达0.01μm级）和响应速度（微秒级）直接影响器件性能。通过测试，可筛选出适合特定频率（如MHz级）和电场强度（如10kV/cm）的材料，避免设计盲区。例如：

l 航空航天：卫星天线驱动机构需在恶劣温度下工作，测试可筛选出低热滞后材料，确保定位精度；

l 生物医疗：微创手术器械的微动控制需高精度形变，测试可验证材料在生理环境下的可靠性。

3. 失效分析

在恶劣条件下（如高压、高温），材料可能因电致伸缩效应导致疲劳或断裂。例如：

高压电器设备：电致伸缩换能器需长期稳定工作，测试可预测材料寿命，防止设备故障；

新能源领域：固态电池电解质材料在电场下的微变形需严格控制，避免电池鼓包风险。

4. 质量控制

在工业生产中，电致伸缩效应测试是确保产品质量的关键环节。例如：

l 消费电子：手机振动马达材料的形变一致性直接影响用户体验，测试可实现批量产品的性能筛选；

l 汽车电子：传感器材料的形变稳定性需通过测试验证，确保行车安全。

电致伸缩效应测试仪

pzt 压电陶瓷测试曲线图

三、铁电体电致伸缩效应测试仪

l 电压输出能力内置电压档位：±10V、±20V、±100V、±200V，覆盖薄膜至块体材料的测试需求。

l 扩展电压范围：通过外接功率放大模块，电压可升至±4kV、±10kV甚至±20kV或更高，适用于高场强下的恶劣条件测试。

l 频率控制范围基础频率：0.2–1MHz，支持PC端自定义波形（正弦波、三角波、矩形波等）。

l 高频性能：在±200V内置电压下，电滞回线测试频率可达270kHz，满足高频动态响应分析。

l 电流与精度输出电流峰值：±1A，连续追踪显示电流曲线，确保形变过程的实时监测。

l 电压精度：准确性优于0.5%，最小脉冲宽度低至500ns，上升时间仅200ns，捕捉瞬态形变细节。

l 高速采集系统模拟输入通道：采样率高达40MS/s，量程±10V（16位分辨率），确保形变信号的无损捕获。

l 覆盖从低频到高频甚至超声测量领域DC~2.5MHz的频率范围相应，最大测量速度20m/s，振幅分辨率20pm，频率精度小于0.1% 。

l 可实现位移测量和振动测量等多种功能，距离到长工作距离可达40m，内置外置可变集镜头可选。

四、扩展性与兼容性

l 基础测试模式电滞回线：定量分析饱和极化(Ps)、剩余极化(Pr)、矫顽场(Ec)等关键参数。

l 脉冲/漏电流/IV-CV曲线：支持脉冲宽度低至1μs，最大测试电容范围1nF（与频率相关）。

l 扩展功能电致伸缩专项测试：通过高温夹具及自动采集软件，实现高温下的形变-电场关系分析。

l 多物理场耦合：可选配压电、热释电、TSDC（热刺激去极化电流）等模块，研究材料在电-热-力耦合作用下的行为。

l 波形输出能力16位任意波形发生器：生成复杂电场序列，模拟实际工况中的非线性激励。

l 温区覆盖高温测试：可选配高低温装置，实现宽温区形变测量。

l 真空兼容性：支持真空环境测试，适配航空航天材料研究。