科创中国

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纳米级位移分辨的超精密定位用多层压电致动器的缺乏，成为制约我国激光武器、光刻机和精密加工机械等战略发展的重大急需问题。另外，当前压电材料及器件的无铅化是大幅提升我国在全球压电器件产业水准的绝佳机会。项目以超精定位动用大应变钛酸铋钠基（NBT）无铅多层压电致动器的性能优化及其力电荷载下的失效机理为目标，深入研究NBT基弛豫铁电材料稀土改性与微结构调控。并在此基础上，通过多尺度功能序构工程，实现多层压电致动器陶瓷/电极界面性能的优化。最后通过系统探究多层致动器在耦合场作用下的裂纹衍生、击穿失效等规律，揭示NBT基多层无铅压电致动器服役失效的物理机制。助力解决精密定位掐脖子问题，推动NBT基无铅压电多层致动器的制备和生产。 在前期工作中，项目组已成功在实验室实现了大应变NBT基无铅压电陶瓷器件的制作，并生产了多款压电致动器，申请相关专利7件，其中5件已授权。

1. 无铅化。目前多层压电驱动器都是采用Pb(Zr,Ti)O3（PZT）等传统Pb基压电材料，这些材料中，Pb元素约占总质量的70%，在制备、使用及废弃后给环境和人类健康带来很大的损害。欧洲、日本、韩国及中国等绝大多数国家相继出台法律，禁止或限制Pb在电子产品中的使用。 2. 大应变。目前PZT基压电致动器的最大应变在***%左右，而我们的产品最大应变高达***%（现有水平），并且有望突破***%、更大的应变有助于提高驱动力，提高产品利用率和应用范围，带来相关产业的革命和创新。 3. 纵-切双模式驱动。目前国际上压电陶瓷驱动步进电机多采用d15模式厚度切变型多层驱动器来产生纳米步进操作，但有关它的多层共烧技术国内一直没有突破，因为压电陶瓷片的极化方向与施加电场的方向垂直，共烧会破坏极化。本产品采用创新的多层压电驱动器的压电马达制作技术，实现跨纳观、微观、介观、宏观的精密驱动，进一步满足半导体芯片精密工程在跨尺度下对精密驱动的要求。系统研究基于准切变结构单元，实现了“纵-切”双模式驱动器耦合与准静态波动耦合运动。

团队负责人：张海波，华中科技大学教授，广东华中科技大学工业技术研究院陶瓷团队负责人。日本高知大学、德国达姆施塔特工业大学访问学者，德国洪堡基金获得者，曾作为高层次人才被德国总统接见。在材料科学与工程、微电子学与固体学领域具有良好的专业背景，主要从事先进陶瓷材料与功能器件的研究工作。其他团队成员包括多位华中科技大学多位博士、硕士，以及广东华中科技大学多为研发人员，均具备多年压电陶瓷制动器研发经验。