随着生物技术及细胞注射技术的发展,细胞微流量注射器在许多领域得到了广泛应用,因此需要的实验设备和实验手段也越来越高。如注射设备是否容易操作,操作对象是否受设备影响及影响大小,以及注射设备的控制精度等问题。研究一种能够简单操作,高精度控制的微注射装置迫在眉睫。本文通过理论和实验对压电材料的一次逆、二次正压电效应进行了分析和研究,并利用其原理设计出一种基于多次压电效应理论的微注射装置,该装置不仅能进行细胞的微注射,同时也能对实际的注射量进行自感知,使控制精度得到了很大的提高。本文研究如下:首先,基于压电学经典理论、电介质理论和各项异性弹性力学理论等,对压电材料的多次压电效应,产生各次压电效应的边界条件,及各次压电效应下的压电方程的进行分析研究。其次,依据压电材料一次逆、二次正压电效应的理论分析,对叠堆式的压电陶瓷的各次压电效应进行实验研究,搭建叠堆式压电陶瓷的一次逆、二次正压电效应的实验平台。当对平台施加驱动电压时,测量其在一次逆压电效应下产生的微位移,微位移作用在叠堆式的压电陶瓷上,又会因二次正压电效应产生电位移,通过平台再对二次正压电效应产生的电位移进行分离,从而实现同一压电材料上传感与执行器的结合。实验结果表明:实验输出值与理论分析值基本一致,且各压电效应产生的微位移和电位移与施加外电压成良好的线性关系,为基于多次压电效应理论设计压电微注射系统奠定了基础。最后,根据叠堆式的压电陶瓷中一次逆、二次正压电效应的理论与实验研究,设计基于多次压电效应理论的压电微注射装置。通过实验得出微注射系统的定位机构(1010?型叠堆式的压电陶瓷运动机构)实际位移量为感知位移量的2.5倍,微注射系统的注射机构(55?型叠堆式的压电陶瓷运动机构)实际位移量为感知位移量的2倍,即实际注射量为感知量的2倍,且微注射系统输出的微位移与所施加的电压具有很好的线性关系。利用一次逆正压电效应施加驱动电压能很好的控制位移量和注射量,又通过二次正压电效应产生的电位移感知实际的位移量和注射量,实现微注射的精确定量控制。