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微驱动器作为微机械电子系统的核心部件,一直是微型机械电子系统(MEMS)的研究热点。压电微驱动器是利用压电材料的逆压电效应,把电能转化成机械能的换能器,由于其具有结构简单、响应速度快、高频适用性强、驱动和处理电路简单等优点,在超声检测、精密位移和定位、声学及力学量的检测等方面已经得到了广泛的应用。 本文的研究重点是压电双晶梁微驱动器和无阀压电微泵。针对两类驱动器存在的问题,合理地选择微驱动器的微加工工艺和加工材料,制备结构合理、性能优良的压电双晶片微驱动器以及性能稳定可靠、驱动电压较低、易于控制的压电无阀微泵。具体开展的工作主要有以下几个方面: 1) 压电薄膜水热合成法制备工艺研究及其性能表征。本文详细研究了水热合成法制备PZT薄膜的工艺过程,并利用水热合成法制备了不同厚度的PZT压电薄膜。同时深入研究了其特征和性能。通过XRD、SEM方法对已制备的PZT压电薄膜进行组分和表面形貌分析;利用CCD设备测量了薄膜的厚度,研究了薄膜生长速率、质量增量和生长次数之间的关系;并进一步对薄膜的铁电性进行了实验研究;最后确定了水热法制备PZT压电薄膜的极化方向。同时利用单步水热法制备了PZT薄膜并对其性能进行表征,把PZT性能研究结果与双步水热反应制备的PZT薄膜性能进行了比较。 2) PZT压电薄膜双晶片微驱动器结构参数优化、制备及其驱动性能研究。本文利用ANSYS对压电双晶片微驱动器结构参数与驱动性能之间的关系进行仿真分析,为微驱动器特征尺寸的选择提供了理论依据。利用水热法及微加工工艺制备PZT薄膜压电双晶片驱动器,并对所制备的双晶片驱动器进行模态分析,得到其前四阶共振频率及相对应的振型。建立了衡量PZT薄膜压电双晶片驱动器驱动性能的弯曲位移模型,利用该模型及实验数据计算得到了PZT压电薄膜的压电系数d31。最后通过实验方法分析了压电双晶片驱动器的驱动能力。 3) 无阀压电微泵的理论分析、样机制备及其性能测试。对无阀微泵的工作原理和流动特性进行了理论分析,为微泵结构的尺寸选择提供了理论依据。同时详细叙述了微泵制备的微工艺过程,主要包括玻璃泵体的腐蚀,PDMS泵膜的制备及它们之间的装配。最后对其流量进行了初步测试,研究了驱动电压、工作频率等控制参数与流量之间的关系。