多层压电陶瓷结构示意图
多层压电陶瓷由数层压电材料组成,与内部电极交错排列。内部电极相继定位为正极和负极,所有正电极都连接到组件一侧的一个外部电极。负极连接在组件的另一侧。与单层压电陶瓷相比,多层压电陶瓷的很大优势在于,在实现与单层压电陶瓷相同的位移时,可以减少施加的电压。单层压电陶瓷的位移等于压电常数 d33 乘以电压,多层压电陶瓷的位移等于压电常数 d33 乘以电压乘以层数。
扫描隧道显微镜(STM)使用了压电陶瓷技术,扫描隧道显微镜要控制针尖在样品表面进行高精度的扫描,用普通机械的控制是很难达到这一要求的。压电陶瓷材料能以简单的方式将 1mV-1000V 的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。
多层压电陶瓷器件品质要求较高,其内部多层结构需要使用扫描电镜(SEM)观察,例如每一层陶瓷是否有缺陷,多层陶瓷的厚度是否均匀,作为电极的银层是否覆盖均匀,这些结构影响着器件的使用寿命。
以下采用飞纳台式场发射扫描电镜能谱一体机 Phenom Pharos 观察多层压电陶瓷内部结构。

样品制备,将多层压电陶瓷使用导电胶固定在观察断面的样品台上
飞纳电镜采用低真空技术,对不导电样品,无需喷金,可直接观察。飞纳台式扫描电镜成像界面的右上角配置了彩色光学显微镜导航窗口,可以实时定位要观察的样品,结合全自动马达样品台,点击任意感兴趣的位置,视野即可快速移动到该位置。

使用飞纳台式场发射电镜能谱一体机 Phenom Pharos 观察多层压电陶瓷断面

9 层压电陶瓷内部结构
