Development and Characterization of ZnO Piezoelectric Thin Film Sensors on GH4169 Superalloy Steel Substrate by Magnetron Sputtering

材料科学 压电 基质(水族馆) 微观结构 衍射仪 压电系数 高温合金 溅射沉积 扫描电子显微镜 复合材料 压电传感器 溅射 薄膜 光电子学
作者
Guowei Mo,Yunxian Cui,Junwei Yin,Pengfei Gao
出处
期刊:Micromachines [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (3): 390-390 被引量:15
标识
DOI:10.3390/mi13030390
摘要

At present, piezoelectric sensors are primarily applied in health monitoring areas. They may fall off owing to the adhesive's durability, and even damage the monitored equipment. In this paper, a piezoelectric film sensor (PFS) based on a positive piezoelectric effect (PPE) is presented and a ZnO film is deposited on a GH4169 superalloy steel (GSS) substrate using magnetron sputtering. The microstructure and micrograph of ZnO piezoelectric thin films were analyzed by an X-ray diffractometer (XRD), energy dispersive spectrometer (EDS), scanning electron microscope (SEM), and atomic force microscope (AFM). The results showed that the surface morphology was dense and uniform and had a good c-axis-preferred orientation. According to the test results of five piezoelectric sensors, the average value of the longitudinal piezoelectric coefficient was 1.36 pC/N, and the average value of the static calibration sensitivity was 19.77 mV/N. We selected the sensor whose parameters are closest to the average value for the dynamic test experiment and we drew the output voltage response curve of the piezoelectric film sensor under different loads. The measurement error was 4.03% when repeating the experiment six times. The research achievements reveal the excellent performance of the piezoelectric film sensor directly deposited on a GH4169 superalloy steel substrate. This method can reduce measurement error caused by the adhesive and reduce the risk of falling off caused by the aging of the adhesive, which provides a basis for the research of smart bolts and guarantees a better application in structural health monitoring (SHM).

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