广东国规防静电技术检验中心有限公司
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铁电/压电材料已被广泛用于驱动区域，因为它们的响应速度快，尺寸紧凑，阻力大。目前使用的钛酸锆酸铅（PZT）基叠层驱动器总是受到其较小的输出应变（通常在2kV / mm下为〜0.1％〜0.15％），远远小于形状记忆合金（〜几个百分比）也小于超磁致伸缩材料Terfenol-D（〜0.2％）。在过去的几十年中，已经采取了各种方法来增强铁电体的致动应变，其主要可以分为三种类型：（i）发展弛豫铁电体单晶。通过电场诱导的相变，致动应变可以增强到超过1％。然而，单晶的高成本和施加适度预应力时致动应变的快速下降使得这些材料不适合于工业驱动。 （二）发展无铅压电陶瓷。在5kV / mm的大磁场下，这些材料的致动应变可达到0.7％，具有非常大的滞后。而在2kV / mm的典型驱动场中，目前无铅陶瓷中的应变最多可达0.2％，与PZT相比没有明显的优势。 （iii）通过点缺陷介导或机电加载使非180°畴转换可逆。 BaTiO3晶体的可逆应变大，Pb（Mn1 / 3Nb2 / 3）O3-PbTiO3晶体的可逆应变达到0.66％。然而，在操作周期之后，由于内部偏置场的松弛，致动应变要么大大降低，要么由于大的内部应力而导致晶体转向被破坏。在预应力为56MPa的情况下，通过部分可逆域转换，柔性PZT中的致动应变可以提高到2kV / mm时的0.2％和3kV / mm时的0.35％。然而，大的外部压力的要求限制了这种方法的应用。
近年来学者们采用各种方法来提高压电材料的致动应变，主要有三类途径：1）发展弛豫型铁电单晶（如PMN－PT，PZN－PT），通过电场诱导相变来提高其电致应变；2）发展无铅压电陶瓷，同样通过电场诱导的铁电相变产生大应变；3）通过可逆的铁弹畴变来实现大的电致应变。但这些方法或者由于稳定性不好，或者电场和滞回太大，或者需要施加预应力，不能真正在工业中得到应用。
北京大学的李法新课题组从形状记忆合金（SMA）的双程形状记忆效应的原理得到启发，认为压电陶瓷中的可逆畴变应该也可以由内应力来控制。然而，SMA中的热－力训练过程无法应用于脆性的压电陶瓷。为此，他们巧妙地设计了周期正交极化的压电陶瓷，利用不用极化区域之间的界面应力来实现可逆的畴变，最大致动应变可达到约0.6%（2kV/mm，0.1Hz）。而且，这样产生的大致动应变稳定性也很好，经过1000次循环之后没有衰减（甚至略微增大）。通过一种交叉排布的叠层设计，最大致动应变可以得到充分利用。这种周期正交极化的压电陶瓷有望应用于新型低频大应变的工业致动器。
