挠曲电效应对简支梁式压电传感器性能的影响-厦门大学学报自然.PDFVIP

第 卷 第 期 厦门大学学报（自然科学版） ５６ ６ Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．６ 　 　 年 月 （ ） ２０１７ １１ Ｎｏｖ．２０１７ 　 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉａｍｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ 　 ｙ ： ／ ｄｏｉ１０．６０４３ ．ｉｓｓｎ．０４３８０４７９．２０１７０３０１８ ｊ 挠曲电效应对简支梁式压电传感器性能的影响 １ ２ １ １ 杨昌平 ，苏雅璇 ，林晓辉 ，周志东 （厦门大学 材料学院，福建省特种先进材料重点实验室，福建 厦门 ；集美大学诚毅学院，福建 厦门 ） １． ３６１００５２． ３６１０２１ 摘要：挠曲电效应是材料极化强度（或电场强度）与应变梯度之间的耦合关系，对于新型微纳米致动器和传感器的性能 具有重要的影响 以纳米简支梁式压电传感器（简称压电简支梁）为研究对象，讨论材料的挠曲电效应对压电简支梁输出 ． 电势与挠度的影响 采用电吉布斯自由能密度函数，并根据压电材料线性理论与伯努利 欧拉梁理论，采用变分法推导压 ．  电简支梁的控制方程和相应力电耦合边界条件 数值模拟 压电简支梁在外加机械载荷作用下，由于挠曲电效应 ． ＢａＴｉＯ３ 产生的诱导电势和极化强度等与梁结构、材料参数的相互关系 计算结果表明，诱导电势反馈作用在梁的表面引起一个 ． 与机械载荷作用相反的弯矩，减小了梁结构的弯曲挠度；在一定的挠曲电系数和梁结构尺寸下，诱导电势存在最大值； 在微纳尺度上挠曲电效应具有很强的尺寸依赖性，随着梁的厚度增大，挠曲电效应的影响将显著减弱． 关键词： 挠曲电效应；诱导电势；压电传感器；变分法 中图分类号： 文献标志码： 文章编号： （ ） Ｏ３４３．９ Ａ ０４３８０４７９２０１７０６０８２３０８ 　　　　 　　　　　 近年来，随着微纳米技术的迅猛发展，电子器件 的结构在变形过程中出现了很大的应变梯度，而外延 　　 的研究朝着微型化与多功能化方向发展，人们在微机 生长的超薄薄膜结构由于基体的存在也会出现很大 电系统上进一步发展了纳机电系统（ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅ 的应变梯度，此时材料的挠曲电效应就变得非常关 ［］ ［ ］ １ １０１２ ， ） 在 领域的研究与