鐵電體電致伸縮效應測試儀的測試目的

在精密制造、航空航天、生物醫療等前沿領(lǐng)域，材料的微小形變往往決定著(zhù)設備的性能極限。鐵電體材料因特殊的電致伸縮效應——在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生納米級形變，成為精密驅動(dòng)、能量轉換等領(lǐng)域的“明日之星"。要精準量化這種形變，離不開(kāi)檢測設備。華測儀器自主研發(fā)的鐵電體電致伸縮效應測試儀。

一、電致伸縮效應

是指介電體在電場(chǎng)作用下，因誘導極化而產(chǎn)生形變的現象。與壓電效應（形變與電場(chǎng)呈線(xiàn)性關(guān)系）不同，電致伸縮效應的形變與電場(chǎng)平方成正比，且方向無(wú)關(guān)。這種“平方效應"使得電致伸縮材料在高頻、高溫等惡劣條件下具有特殊優(yōu)勢：

l 零遲滯響應：應變與電場(chǎng)瞬時(shí)同步，動(dòng)態(tài)重復精度達0.01μm級

l 免極化工藝：材料制備后無(wú)需預極化處理，簡(jiǎn)化器件制造流程

l 惡劣環(huán)境適應性：在惡劣溫域內保持穩定機電耦合特性

二、測電致伸縮效應的四大目的

1. 材料性能評估

l 電致伸縮系數（Q或M）是衡量材料機電耦合性能的關(guān)鍵指標。通過(guò)測試，可量化材料在電場(chǎng)下的應變能力，例如：

l 弛豫型鐵電體（如鈮鎂酸鉛）因高介電常數（可達10?）和低剩余極化，在電場(chǎng)下能產(chǎn)生顯著(zhù)應變（可達10?3量級），適合高溫/高頻應用；

l 聚合物電致伸縮材料（如經(jīng)電子束輻照的聚合物）具有低楊氏模量和高擊穿場(chǎng)強（>1000MV/m），最大應變可達30%，適合柔性電子領(lǐng)域。

2. 器件設計優(yōu)化

l 在微位移器件（如精密驅動(dòng)器、光學(xué)鏡片定位臺）中，電致伸縮材料的應變精度（可達0.01μm級）和響應速度（微秒級）直接影響器件性能。通過(guò)測試，可篩選出適合特定頻率（如MHz級）和電場(chǎng)強度（如10kV/cm）的材料，避免設計盲區。例如：

l 航空航天：衛星天線(xiàn)驅動(dòng)機構需在惡劣溫度下工作，測試可篩選出低熱滯后材料，確保定位精度；

l 生物醫療：微創(chuàng )手術(shù)器械的微動(dòng)控制需高精度形變，測試可驗證材料在生理環(huán)境下的可靠性。

3. 失效分析

在惡劣條件下（如高壓、高溫），材料可能因電致伸縮效應導致疲勞或斷裂。例如：

高壓電器設備：電致伸縮換能器需長(cháng)期穩定工作，測試可預測材料壽命，防止設備故障；

新能源領(lǐng)域：固態(tài)電池電解質(zhì)材料在電場(chǎng)下的微變形需嚴格控制，避免電池鼓包風(fēng)險。

4. 質(zhì)量控制

在工業(yè)生產(chǎn)中，電致伸縮效應測試是確保產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節。例如：

l 消費電子：手機振動(dòng)馬達材料的形變一致性直接影響用戶(hù)體驗，測試可實(shí)現批量產(chǎn)品的性能篩選；

l 汽車(chē)電子：傳感器材料的形變穩定性需通過(guò)測試驗證，確保行車(chē)安全。

電致伸縮效應測試儀

pzt 壓電陶瓷測試曲線(xiàn)圖

三、鐵電體電致伸縮效應測試儀

l 電壓輸出能力內置電壓檔位：±10V、±20V、±100V、±200V，覆蓋薄膜至塊體材料的測試需求。

l 擴展電壓范圍：通過(guò)外接功率放大模塊，電壓可升至±4kV、±10kV甚至±20kV或更高，適用于高場(chǎng)強下的惡劣條件測試。

l 頻率控制范圍基礎頻率：0.2–1MHz，支持PC端自定義波形（正弦波、三角波、矩形波等）。

l 高頻性能：在±200V內置電壓下，電滯回線(xiàn)測試頻率可達270kHz，滿(mǎn)足高頻動(dòng)態(tài)響應分析。

l 電流與精度輸出電流峰值：±1A，連續追蹤顯示電流曲線(xiàn)，確保形變過(guò)程的實(shí)時(shí)監測。

l 電壓精度：準確性?xún)?yōu)于0.5%，最小脈沖寬度低至500ns，上升時(shí)間僅200ns，捕捉瞬態(tài)形變細節。

l 高速采集系統模擬輸入通道：采樣率高達40MS/s，量程±10V（16位分辨率），確保形變信號的無(wú)損捕獲。

l 覆蓋從低頻到高頻甚至超聲測量領(lǐng)域DC~2.5MHz的頻率范圍相應，最大測量速度20m/s，振幅分辨率20pm，頻率精度小于0.1% 。

l 可實(shí)現位移測量和振動(dòng)測量等多種功能，距離到長(cháng)工作距離可達40m，內置外置可變集鏡頭可選。

四、擴展性與兼容性

l 基礎測試模式電滯回線(xiàn)：定量分析飽和極化(Ps)、剩余極化(Pr)、矯頑場(chǎng)(Ec)等關(guān)鍵參數。

l 脈沖/漏電流/IV-CV曲線(xiàn)：支持脈沖寬度低至1μs，最大測試電容范圍1nF（與頻率相關(guān)）。

l 擴展功能電致伸縮專(zhuān)項測試：通過(guò)高溫夾具及自動(dòng)采集軟件，實(shí)現高溫下的形變-電場(chǎng)關(guān)系分析。

l 多物理場(chǎng)耦合：可選配壓電、熱釋電、TSDC（熱刺激去極化電流）等模塊，研究材料在電-熱-力耦合作用下的行為。

l 波形輸出能力16位任意波形發(fā)生器：生成復雜電場(chǎng)序列，模擬實(shí)際工況中的非線(xiàn)性激勵。

l 溫區覆蓋高溫測試：可選配高低溫裝置，實(shí)現寬溫區形變測量。

l 真空兼容性：支持真空環(huán)境測試，適配航空航天材料研究。