Piezoelectric Ceramics with High d33 Constants and Their Application to Film Speakers

压电 材料科学 复合材料 流延 陶瓷 压电系数 PMUT公司 烧结 极化 硅橡胶 电介质 铁电性 光电子学
作者
So Won Kim,Hee Chul Lee
出处
期刊:Materials [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (19): 5795-5795 被引量:3
标识
DOI:10.3390/ma14195795
摘要

A multilayer piezoelectric material was fabricated using piezoelectric materials with low-temperature sintering capabilities and high piezoelectric coefficients to develop a functionally superior piezoelectric speaker with a large-displacement deformation. A soft relaxor was utilized to prepare the component materials, with the optimized composition of the investigated piezoelectric ceramics represented by 0.2Pb((Zn0.8Ni0.2)13Nb23)O3-0.8Pb(Zr0.5Ti0.5)O3. Li2CO3 was added to assist the low-temperature sintering conducted at 875 °C, which yielded a multilayer piezoelectric material with superior properties (d33 = 500 pC N-1, kp = 0.63, g33 = 44 mV N-1). A multilayer piezoelectric actuator with a single-layer thickness of ~40 µm and dimensions of 12 × 16 mm2 was fabricated by tape casting the prepared green sheets. Finite element analysis revealed that the use of a PEEK film and a smaller silicone-rubber film as a composite in the diaphragm realized optimal frequency-response characteristics; the vibrations generated by the piezoelectric element were amplified. The optimal structure obtained via simulations was applied to fabricate an actual piezoelectric speaker with dimensions of 20 × 24 × 1 mm3. The actual measurements exhibited a sound pressure level of ~75 dB and a total harmonic distortion ≤15% in the audible frequency range (250-20,000 Hz) at an applied voltage of 5 Vp.

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