Прорыв в разработке бессвинцовых пьезоэлектрических актюаторов: новый стандарт производительности
Государственная ключевая лаборатория металломатричных композитов Школы материаловедения и инженерии Шанхайского университета Цзяо Тун под руководством профессора Го Ипина совершила значительный прорыв в создании многослойных актюаторов (MLA) на основе бессвинцовой пьезокерамики.
Ключевые инновации:
-
Рекордный пьезокоэффициент d33* = 900 pm/V (на 52% выше, чем у PZT-5H)
-
Низкотемпературный обжиг (880°C) - совместимость с Ag/Pd-электродами
-
Улучшенная температурная стабильность (вариация смещения всего 7,6% при 100°C)
-
Высокая механическая прочность (137 МПа vs. 80-100 МПа у PZT)
-
Энергоэффективность +22% по сравнению с PZT-5H
Технологические преимущества:
-
Инженерия дефектов: Кислородные вакансии и легирование стронцием повышают подвижность доменных стенок
-
Многослойная структура: 20 активных слоёв толщиной 50 мкм (тоньше коммерческих PZT на 33%)
-
Градиентный спекательный профиль: минимизация межслойных напряжений
Тестирование в реальных условиях: Актюаторы интегрированы в систему быстродействующего зеркала (FSM) для лазерной связи:
-
Угловая чувствительность: 0,78 мкрад/В
-
Полоса пропускания: 850 Гц (+56% к PZT)
-
Гистерезис: <0,15%
Сравнение с PZT-5H:
| Параметр | KNSN MLA | PZT-5H MLA | Улучшение |
|---|---|---|---|
| Коэффициент деформации | 900 pm/V | 590 pm/V | +52% |
| Рабочее напряжение | 100 В | 150 В | -33% |
| Энергетическая плотность | 85 Дж/м³ | 50 Дж/м³ | +70% |
| Срок службы | >10⁷ циклов | 10⁶ циклов | 10× |
Перспективы внедрения:
-
Аэрокосмическая отрасль: активное гашение вибраций
-
Медицина: совместимые с МРТ хирургические роботы
-
Электроника: тактильная обратная связь
-
Прецизионное производство: нанопозиционирование
Дорожная карта развития:
-
3-5 лет - выход на рынок коммерческих прототипов
-
30-40% - потенциальная доля на рынке пьезоактюаторов (прогноз: 38,7 млрд долл. к 2028 г.)
Этот прорыв открывает новую эру экологичных, высокопроизводительных пьезоэлектрических материалов, способных заменить свинцовые аналоги в самых требовательных приложениях.
