高温压电振动能量回收器件和高温驱动器

新能源与节能环保

传统PZT压电陶瓷应用广泛，但在居里温度较低，环境温度较高时，PZT陶瓷样品极易退极化。随着压电材料的应用范围的进一步拓展，一些极端条件对压电陶瓷的应用提出了新的挑战。北京大学工学院实验室利用高居里点的钪酸铋 - 钛酸铅压电陶瓷制备了基于 d31模式和d33模式的应用于高温环境中的压电振动能量回收器，器件可以稳定地工作在 150℃以上的高温环境中。高温下由于电畴被活化，器件的压电系数和相应的输出功率比室温时提高一倍以上。

与压电能量回收器不同的是，压电驱动器是一种利用压电效应，将电能转化为机械能实现纳米级驱动的器件，压电驱动器利用压电材料的准静态逆压电效应实现10微米至100微米的微小位移；同时，还可以利用压电陶瓷的高温谐振动效应制备高温压电马达。

在工业上所用的大功率超声器件、高温物体超声波、高温物体的振动、加速度和压力测定都必须选用高温压电材料，尤其汽车和航空工业更迫切需要更高工作温度的压电材料。

本课题组研制的一种高温直线型压电驱动器，最高操作温度为 200度。和电磁马达相比，压电驱动器具有产生力大、响应快、电磁兼容性好、运行精度高、体积小、重量轻等特点，可以有效弥补传统电磁电机在高温环境应用中的不足。本实验室还制备了基于钪酸铋 - 钛酸铅压电陶瓷的高温多层驱动器。实验测试显示，这种多层驱动器最高工作温度为 250℃，而且在高温下，多层压电驱动器的位移比室温高出一倍。课题组设计制备的多层压电驱动器可以稳定工作在 250℃以下的环境中，基本满足高温环境下精密驱动的需求。