Физические эффекты и материалы используемые в актюаторах. Материалы с памятью формы

Работа актюаторов может строится на следующих физических эффектах: электростатический, пьезоэлектрический, тепловой, магнитные и восстановление фазы с помощью материалов с памятью формы. Смотри таблицу ниже (density – плотность, estimated conditions –оценка):

Электростатический эффект – эффект притяжения между двумя проводящими пластинами (обязательно противоположные заряды). Пример: для пластин с шагом в 1 мкм, при приложенном напряжении 5В, сила в области 1000 мкм² составляет 0,11 мкН. (используется этот эффект для датчиков ускорения или датчиков угловой скорости)

Электростатический актюатор. Сила притяжения направлена на встречу штыревой гребёнке.

Пьезоэлектрический эффект – использует механическую деформацию для формирование силы, которая составляет порядка нескольких ньютон. Тонкопленочные пьезоматериалы (<5мкм) могут обеспечить лишь несколько мН. Преимущества: низкое энергопотребление и малый электрический ток. Материалы: оксид цинка (ZnO), кварц (SiO2), ниобат лития (LiNbO3), титанат бария (BaTiO3), твердые растворы цирконата (PbZrO3) и титанат свинца (PbTiO3)

Тепловой эффект – имеет повышенное энергопотребление, но может обеспечить силу порядка сотен мН. Работает на след.принципах: 1) механическая деформация (изгиб) возникает за счет разницы коэффициентов теплового расширения между двумя разнородными слоями. Один слой расширяется больше, чем другой при повышении температуры, что и приводит к изгибу на границе раздела. 2) Разогревается жидксоть внутри герметичной емкости, что известно как термо-пневматический привод. За счет повышения давления из-за испарения появляется сила, воздействующая на стенки емкости. 3) За счет нагревания свободного конца балки, закрепленной на раме, что приводит к удлинению конца балки.

Магнитный эффект – использует силу Лоренца в намагниченных тонких пленках. Электрический ток в проводящем элементе приводит к возникновению силы Лоренца, в направлении, перпендикулярном к току и магнитнопу полю.

Материалы с памятью формы – обеспечивают самую высокую плотность энергии и высокую силу, которая, как правило, появляется после повышения температуры выше критической (100C) Проблемы: тяжело интегрировать в производственный процесс с изготовлением Si.

Такие материалы возвращаются в заданную форму при нагревании выше критической температуры перехода. Первый такой материал (сплав золото-кадмия). Перечень таких материалов: титень-никель(самые используемые, простые и надежные), медь-алюминий-никель, железо-никель, железо-платина. Титань-никелевые сплавы могут быть настроены на температуру перехода от -100 до 100 градусов цельсия.