Modelado dinámico y evaluación experimental de un actuador piezoeléctrico de deslizamiento adhesivo multi-escala macro-micro-nano

YUN Hao ,  

CHEN Yanlong ,  

YUAN Lusheng ,  

LI Jingshun ,  

ZHANG Dengpan ,  

摘要

Para satisfacer las demandas de conducción precisa en el sistema de inspección de obleas y el sistema óptico del microscopio electrónico de barrido en el campo de la fabricación micro y nanoelectrónica, este estudio propone un actuador piezoeléctrico de deslizamiento adhesivo multiescala macro-micro-nano. Primero, se describen en detalle el diseño de la estructura del estator y rotor del actuador, así como el principio de funcionamiento, realizando la optimización de los parámetros dimensionales del estator mediante un método de simulación de elementos finitos. Luego, se construye un modelo dinámico del actuador y se analizan sus características de paso. Los resultados de la simulación dinámica muestran que el actuador posee la capacidad de desplazamiento de paso micro. Finalmente, se fabrica un prototipo del actuador y se monta un sistema de pruebas para evaluar sus prestaciones de salida. Los resultados experimentales indican que la velocidad máxima sin carga del actuador es de 20.3 mm/s, el desplazamiento máximo por paso es de 15.82 μm, la resolución de posicionamiento alcanza los 70 nm, la carga máxima es de 2.2 N, lo que le permite satisfacer las demandas de conducción multiescala para movimiento continuo de largo recorrido a nivel macroscópico, desplazamiento por pasos a nivel micrométrico y posicionamiento de alta precisión a nivel nanométrico. Este estudio proporciona una base teórica y experimental importante para la aplicación de actuadores piezoeléctricos de deslizamiento adhesivo en el accionamiento del diafragma óptico dentro del sistema de microscopio electrónico de barrido y en plataformas de inspección de obleas.

关键词

actuador piezoeléctrico de deslizamiento adhesivo;multi-escala;posicionamiento preciso;modelado dinámico

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