Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Dec 1999)
Production and characterization of rainbow piezoelectric actuators. Advantages from other traditional devices
Abstract
A new actuator called RAINBOW is presently intensively studied because of the extremely large displacement that it is able to generate. The aim of the present work is to fully characterize the performances of this kind of actuator in terms of voltage, frequency and temperature dependence of both maximum displacement and force generated. These results will be compared with the performances shown in the literature for some other traditional piezoelectric actuators. The present work explores two types of compositions for RAINBOWS fabrication: electrostrictive based on PLZT and ferroelectric PZT-based. Results show that this actuator can be engineered upon their thickness to optimize the performances. Maximum displacement and generated force increase in a rate of 7446 10-12 m/V and 2.9 N/kV, respectively, per mm of increase of disk diameter. The change with frequency of these properties along 0.01Hz to 500Hz range keeps within 20% for maximum displacement and 10% for blocking force. Thermal stability of the performaces shows an unexpected 50% of variation through the studied range from -40ºC up to 50ºC.<br><br>Un nuevo actuador piezoeléctrico denominado RAINBOW está siendo intensamente estudiado a causa de los extremadamente altos desplazamientos que es capaz de realizar. La motivación del presente trabajo se centra en la caracterización exhaustiva de este tipo de actuadores, en términos de la dependencia del máximo desplazamiento y de la fuerza generados en función de la amplitud y la frecuencia del voltaje aplicado, así como de la temperatura. Dicha caracterización será objeto en algunos casos de comparación con los resultados presentes en la literatura respecto de otros actuadores piezoeléctricos tradicionales. El trabajo explora dos tipos de composiciones utilizadas en la fabricación de RAINBOWS: una electrostrictiva basada en PLZT y otra ferroeléctrica basada en PZT. Los resultados obtenidos demuestran que este tipo de actuadores pueden ser diseñados en función de su espesor para optimizar sus propiedades. En término de máximo desplazamiento generado y máxima fuerza generada aumentan a razón de 7446 10-12 m/V y 2.9 N/kV, respectivamente, por cada mm de incremento del diámetro del actuador. La variación con la frecuencia de dichas propiedades a lo largo del rango comprendido entre 0.01Hz y 500Hz se mantiene inferior al 20% en el caso de máximos desplazamientos, y del 10% para las fuerzas de bloqueo. La estabilidad de las propiedades en función de la temperatura presentan una inesperada variación del 50% en el rango térmico estudiado (desde -40ºC hasta 50ºC).
