[发明专利]一种气腔压力法薄膜材料压电常数测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料压电常数测量装置和测量方法，尤其涉及一种采用气腔压力法的薄膜材料压电常数测量装置及测量方法。

背景技术

压电常数(Piezoelectric Constant)是压电体把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数。它反映压电材料弹性(机械)性能与介电性能之间的耦合关系。选择不同的自变量，可以得到四组压电常数d、g、e、h，其中较常用的是压电常数d。其中压电常数d₃₃是表征压电材料性能的最常用的重要参数之一，一般陶瓷的压电常数越高，压电性能越好。下标中的第一个数字指的是电场方向，第二个数字指的是应力或应变的方向，“33”表示极化方向与测量时的施力方向相同。

压电常数测量的基本原理是利用材料的压电效应,包括正压电效应和逆压电效应。即给薄膜施加应力,测量产生的电荷(电压)；或给薄膜施加电压,测量产生的应变,由此推得薄膜的压电系数。

d33=(∂S3∂E3)T]]>或d33=(∂D3∂T3)E]]>

式中S为应变；E:电场；D:电位移；T:应力。X3轴是极化方向,对薄膜而言,它与膜面垂直。

目前薄膜材料压电常数d₃₃的测量方法有多种，包括气腔压力法，悬臂梁法，单束或双束激光干涉法，激光多普勒振动法以及传统的阻抗分析法等，传统的阻抗分析法和悬臂梁法的可靠性太差，激光干涉法的可靠性较高，但是激光干涉有位移分辨率或衬底移动等种种问题，而且测量不方便。采用气腔压力法既能保证一定的可靠性，又简单直接，应用比较多。

目前的气腔压力法薄膜材料压电常数d₃₃测量装置如图1所示,贵在可以简单,直接得到真实的d₃₃,装置工作原理示意图见附图2,但测量实施中存在较多弊端。首先，加压前需用绝缘环压紧束缚薄膜材料的边界,然后对边界以内的薄膜施加一定的气体压力,这与实际工作中受力情况有差异,在边界处会引入切向力；其次,随着腔体内气体压力的增加,绝缘环与薄膜材料的接触面会产生变化,即薄膜材料的受力面积不再为恒定值,使得后续计算产生偏差；再者,目前的气腔压力法测量装置,气体从薄膜的两面分别充入腔体且不互通,易出现两侧腔体压力不均衡,令薄膜产生非垂直方向的形变。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种气腔压力法薄膜材料压电常数测量装置及测量方法，解决现在的测量装置压力不均衡，接触面会产生变化从而影响测量结果的缺陷。

技术方案