压电纤维复合材料(MFC)是先进的薄片型执行器和传感器,提供高性能、高灵活性及高可靠性。并且,MFC 不断改进和定制,以 满足客户的特定需求,并满足新应用的要求。MFC 作为促动器时,位移可达上百微米或几百微米,输出力可达 900N 以上。MFC 作为传 感器使用时,产生的电荷量与振动幅度、振动频率等有关,输出电压可达几伏,甚至 10V、20V 或更高,输出电流在微安级。
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多种尺寸可选。 |
优点和特点
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标准产品外观 ![]() |
定制产品外观 ![]() |
工作方式 ![]() |
工作方式 ![]() |
P1工作方式 ![]() |
P2工作方式 ![]() |
用作致动器(P1,P2,P3类型)
压电纤维片作为致动器使用时,给其加载一定的电压,纤维片会横向或者45°方向伸长或横向收缩,当将纤维片粘贴到金属板等表面时,金属板会随之发生弯曲变形,由于纤维片具有位移行程大、响应速度快等特点可用于减震抑震等应用。
用作传感器或发电(P2,P3类型)
压电纤维片作为传感器使用,将其粘贴于被测物表面,当被测物发生形变或振动时,压电纤维片会产生相应的电荷量,形变越大,产生的电荷量越多,从而检测形变或受力情况。
压电纤维片也可以用于发电,当外力作用下使其发生形变时,压电纤维片内部产生电荷电压。
运动方式(伸长) ![]() |
运动方式(弯曲) ![]() |
运动方式(扭转) ![]() |
驱动控制 ![]() |
驱动控制 ![]() |
驱动控制 ![]() |
产品应用
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注意:
纤维片在粘接后,我们不建议再拆下来使用,因为纤维片内部为细小的纤维棒,在拆的过程很易于损坏或导致内部纤维棒变形、错位。若逆压电效应使用,因为驱动电压高,存在风险,如漏电等;若正压电效应使用,可能会因为内部压电纤维棒的变形等而达不到预期效果等。
焊点:
预先镀上的标准无铅焊料,材料为S-Sn99Cu1。
高温压电纤维片焊线温度和焊线时间:
MFC预装有无铅焊料,因此可以简单地使用任何无铅焊料,并且应将铁的温度调节到正在使用的焊料的熔点。通常我们将铁的温度设置为大约320-330°C,焊接时间为1-3秒,但也取决于使用的焊料,焊铁的功率和焊接技术。
P1型MFC的驱动电压及重新极化:
P1型MFC的标称驱动电压为-500V至+1500V,耐压上限为+2000V。请勿使用超过+1500V以上的电压驱动MFC,由此造成的损坏,不属于产品质量问题。
若施加低于-500V的负压导致MFC退极化,可通过施加+1500V的电压持续3至5分钟重新极化MFC。
真空低温中应用:
对于MFC本身(不包含外部布线),不需要任何额外的处理。真空不会影响应变行为。对于低温应用,应变将减少约25%至30%,仅供参考,非实际测量。
注:M8557-S1由两个P1类型的压电片组成,较宽的部分为促动器,较小的另一部分为传感器,即压电式传感器,不适于低频测量或静态形变情况。主要设计用于动态振动环境下的减振系统,且只对平面形变敏感,不能用于非平面的力传感器。
推荐控制器
MFC PZT材料参数 | |||
符号 |
参数 |
单位 |
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性能-低电场 |
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相对介电常数 |
εrT33 |
1700 |
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相对介电常数 |
εrT11 |
1730 |
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介电损耗 |
tanδ |
0.02 |
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机电 |
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耦合系数 |
Kp |
0.6 |
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K15 |
0.69 |
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K31 |
0.34 |
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K33 |
0.71 |
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应变系数 |
d33 |
374 |
×10-12C/N |
d31 |
-171 |
×10-12C/N or m/V |
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dh |
32 |
×10-12C/N |
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d15 |
585 |
×10-12C/N or m/V |
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电压常数 |
g33 |
24.8 |
×10-3Vm/N |
g31 |
-11.4 |
×10-3Vm/N |
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gh |
2 |
×10-3Vm/N |
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g15 |
38.2 |
×10-3Vm/N |
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dhgh |
64 |
×10-15 |
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频率常数 |
Np |
1960 |
Hz.m |
N1 |
1400 |
Hz.m |
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Na |
1845 |
Hz.m |
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N3t or N33 |
1880 |
Hz.m |
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Hoop or Nc |
890 |
Hz.m |
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抗压强度 |
106 |
Pa |
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抗张强度 |
106 |
Pa |
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品质因数 |
Qm |
75 |
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机械 |
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弹性 |
SE33 |
18.8 |
×10-12m2/N |
SE11 |
16.4 |
×10-12m2/N |
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SD33 |
9.4 |
×10-12m2/N |
|
SD11 |
14.4 |
×10-12m2/N |
|
YE33 |
5.3 |
×1010N/m2 |
|
YE11 |
6.1 |
×1010N/m2 |
|
YD33 |
10.6 |
×1010N/m2 |
|
YD11 |
6.9 |
×1010N/m2 |
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密度 |
ρ |
7700 |
kg/m3 |
热数据 |
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居里温度 |
Tc |
365 |
°C |
工作温度 |
250 |
°C |
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时间稳定 |
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介电常数 |
εT33 |
-0.9 |
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频率 |
f |
0.1 |
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d33 |
-2.9 |
MFC机械性能 | ||
MFC机械性能 |
公制 |
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高电场 (|E| > 1kV/mm),偏置电压操作压电常数: 注:对于P1类型,0~500V电压属于低电场,>500V属于高电场;对于P2类型,0~200V电压属于低电场,>200V属于高电场。 |
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d33 P1类型,内部纤维方向 |
4.6E+02 pC/N |
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d31 P2类型,电极方向 |
-2.1E+02 pC/N |
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低电场 (|E| < 1kV/mm > 300V),无偏压操作压电常数: 注:对于P1类型,0~500V电压属于低电场,>500V属于高电场;对于P2类型,0~200V电压属于低电场,>200V属于高电场。 |
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d33 P1类型, 内部纤维方向 |
4.0E+02 pC/N |
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d31 P2类型,电极方向 |
-1.7E+02 pC/N |
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自由应变* /V (低电场 - 高电场),d33 MFC(P1) |
~ 0.75 - 0.9 ppm/V |
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自由应变 /V (低电场 - 高电场) ,d31 MFC (P2) 内部纤维方向 |
~1.1 - 1.3 ppm/V |
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自由应变迟滞,内部纤维方向 |
~ 0.2 |
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DC极化电压, Vpol,d33 MFC (P1) |
+1500V |
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DC极化电压, Vpol ,d31 MFC (P2) |
+360V |
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极化后电容 @ 1kHz,室温,Cpol,d33 MFC (P1) |
~ 0.30 nF/cm² |
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极化后电容 @ 1kHz,室温,Cpol,d31 MFC (P2) |
~ 7.8 nF/cm² |
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各向异性线性弹性性质(恒定电场): |
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拉伸模量,E1,内部纤维方向 |
30.336 GPa |
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拉伸模量,E1,电极方向 |
15.857 GPa |
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柏松比,V12 |
0.31 |
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柏松比, V21 |
0.16 |
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剪切模量, G12,混合估算规则 |
5.515 GPa |
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操作参数: |
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工作正压,Vmax ,d33 MFC (P1) |
+1500V |
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工作正压,Vmax ,d31 MFC (P2) |
+360V |
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工作负压,Vmin , d33 MFC (P1) |
-500V |
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工作负压,Vmin , d31 MFC (P2) |
-60V |
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线弹性拉伸应变极限 |
1000 ppm |
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工作拉伸应变上限 |
< 2000 ppm |
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工作-能量密度 |
~48800Nm/m 3 |
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工作温度 |
-35°C |
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工作温度-标准版本 |
< 85°C |
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工作温度-HT版本 |
< 130°C |
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工作寿命(@ 1kVp-p) |
> 10E+09 cycles |
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工作寿命 (@ 2kVp-p, 500VDC) |
> 10E+07 cycles |
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作为促动器的工作带宽
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高电场 |
0Hz up to 10 kHz |
低电场 < 最大工作 |
0Hz up to 700kHz |
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作为传感器的工作带宽 |
0Hz up to 1 MHz |
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其他机械参数 |
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MFC厚度 |
300µm, +-10% |
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体积密度,致动区域 |
5.44 g/cm³ |
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面积密度,致动区域 |
0.16 g/cm² |
介电常数:
可通过以上给的电容值及致动尺寸进行计算,压电纤维片的致动长度、宽度详见所选型号的参数值,致动厚度为0.18mm。
常见问题:
问题1:推荐使用什么胶水进行MFC与结构粘接?
我们推荐两种元件粘接剂,一种是3M的DP460环氧树脂胶,另一种是乐泰E120HP环氧树脂胶。胶粘接后在50-60℃温度下使用适当固定装置压住MFC2个小时左右,在这种情况下可以得到粘合效果。
问题2:我想用MFC作为传感器,但是我没有得到任何读数。
你已经正确将MFC与结构进行连接,且结构能够使MFC产生形变,即使MFC拉伸或收缩。
问题3:MFC能产生的最大出力是多少?
MFC在自由伸展的状态下,将会延伸长度的1800ppm,在致动横截面上出力约为4kN/cm²。
问题4:标准的MFC产生多大的力和位移?
M-8557P1 产生大约693N的出力和114.75μm的位移(自由伸缩)。
问题5:MFC可以在大于10kHz的频率下工作吗?
可以。一般来说当MFC作为促动器工作在较高的电场下(即电压超过最大工作电压的1/3),已给出的参数10KHz 是它工作频率的上限。
作为传感时,MFC目前在用于探测几兆赫兹下的形变。在低电场操作时,它也被用做促动器产生超声可达700kHz(也就是SHM应用),在高频使用时,MFC作为促动器的主要标准是因介电损耗及寄生损耗产生的热量。检测期间的温度是确定频率/电压上限的方法,总的来说,温度不应超过80℃。
问题6: 你可以将MFC弯到什么程度且不会折断,比如标准的M-8557P1?
MFC在折断之前抗拉应变大概是4500ppm, 这是加载在MFC没有电场的情况下。它可能仍然是可用的,但是弹性性能将会改变。对于标准的0.3mm厚的MFC,在纤维方向可以产生弯曲直径大概是120mm,垂直于纤维方向的弯曲直径大概是100mm。
MFC应用举例
MFC振动产生电荷点亮LED灯 ![]() |
MFC粘于鞋垫内运动产生电能 ![]() |
悬臂梁减震 ![]() |
雷达天线 ![]() |
机翼减震/除冰 ![]() |
振动发电 ![]() |