壓電平台用壓電陶瓷的伸縮來移動載台。本文回答一個問題：壓電怎麼做到奈米級定位？
答案：壓電效應把電壓直接變成位移，柔性導引無摩擦、無背隙、無磨損，所以解析度能到奈米級。限制是行程小、蠕變與滯後。
本文說明兩類壓電致動器（堆疊與壓電馬達）、柔性導引、以及數字怎麼讀（行程、斷電自夾持、蠕變與滯後）。
圖 1｜上：堆疊、固定端、柔性薄片與載台的連接。下：walking 步進原理，導動桿與載台的另設導引未畫出。位移誇張、不依比例，並非特定型號的內部結構。點圖可看原尺寸。
1. 壓電效應：堆疊 vs 壓電馬達
壓電材料（PZT 等陶瓷）在電壓下會伸縮，稱為壓電效應。伸縮量會隨電壓改變，開迴路關係也含滯後與蠕變，不能當成精確的線性比例；位移在微米量級（對幾公分的堆疊）。施加的電壓通常在幾伏到幾百伏，由壓電驅動器產生；電壓越高形變越大，但過高電壓會損壞陶瓷，驅動器的電壓範圍要匹配堆疊的額定電壓。
壓電致動有兩種用法：
| 壓電堆疊 | 步進式壓電馬達 | |
|---|---|---|
| 原理 | 多層陶瓷電壓下直接伸縮 | 週期形變經步進機構轉持續移動 |
| 行程 | 小（受層數×形變限制） | 大（由導動桿長度決定） |
| 斷電自夾持 | 無固有機械鎖定；維持電壓與斷電有別 | 預壓 walking 馬達可自夾持，須符合額定保持力 |
| 典型應用 | 奈米級微調、快速定位 | 長行程奈米定位 |
堆疊：多層陶瓷機械堆疊，每層形變累加。加電壓時整組堆疊直接伸縮，經柔性導引移動載台。行程受堆疊長度與材料形變限制，典型在微米到百微米級[1]。堆疊的位移可以用機械槓桿放大：用柔性槓桿把陶瓷的幾微米伸縮放大幾倍到幾十倍，換取更大行程，但解析度與負載能力會下降。
步進式壓電馬達：圖 1 以 walking 原理為例，預壓的致動群交替接觸導動桿、推進、抬離復位。重複循環可累積超過單次陶瓷形變的行程；總行程受導動桿可用長度與導引結構限制，保持力則取決於具體馬達與預壓設計[3]。
2. 柔性導引
圖 1 的小行程堆疊平台用柔性薄片（flexure）的彈性變形導引載台。薄片連接固定框架與載台，容許主要沿指定方向的移動，並限制其他方向。這是堆疊微調平台的例子；長行程壓電馬達平台可另設軸承或導軌，不能把所有壓電平台都說成不用導軌。
柔性導引的好處是無摩擦、無背隙、無磨損。這是壓電平台能到奈米級解析度的關鍵——沒有摩擦與背隙限制解析度。限制是行程受彈性變形範圍限制、負載能力受柔性結構強度限制。
柔性導引有並聯（parallel flexure）與串聯（serial flexure）兩種基本配置：並聯剛性高、負載大但行程小；串聯行程大但剛性低。選型要在剛性、行程與負載之間取捨。
3. 數字怎麼讀：行程、斷電自夾持、蠕變與滯後
行程：堆疊行程小（受層數×形變×放大比限制），步進式壓電馬達行程大（由導動桿決定）。選型先看需要的行程。
斷電自夾持：一般堆疊是電容性致動器，維持電壓時靜態耗電低，但這不是機械鎖定。移除電壓或放電後，伸長量會改變，不能保證停在原先指令的伸長位置。具預壓夾持結構的 walking 馬達可在停機、斷電時以機械接觸保持導動桿，負載須在該型號的額定保持力內[2][3]。
蠕變與滯後：壓電材料有蠕變（creep，加電壓後的緩慢漂移）與滯後（hysteresis，電壓與位移不是單值函數、升壓與降壓路徑不同）。這兩個效應影響定位精度與重複精度，高精度應用要閉迴路補償（用位置感測器讀實際位置）。閉迴路補償用光學尺或電容感測器讀載台實際位置，控制器修正蠕變與滯後的誤差——這和線馬平台一樣，讀的是載台本身，不是驅動器的指令。
圖 2｜滯後使相同電壓對應不同位移；蠕變使固定電壓下的位置隨時間慢變。回授比較目標 r 與載台實際位置 x，再修正驅動。曲線為定性示意、非量測值[4]。點圖可看原尺寸。
4. 適用與限制
壓電平台適合奈米級、小行程、高速、無摩擦的應用。它的解析度能到奈米級，但行程小。要長行程用步進式壓電馬達或線性馬達（見本系列前一篇）。
典型應用：原子力顯微鏡（AFM）的探針定位、光學對準（把雷射對準光纖）、快速掃描的微調。這些應用要奈米級解析、小行程、高速，正是壓電的強項。陶瓷致動器本身可有很快的響應，但整個平台的頻寬與安定時間仍受結構共振、負載、驅動器及控制器限制；元件的響應時間不能直接當成載台的安定時間。
常見誤解
「壓電一定比較準」：壓電解析度高（奈米級），但蠕變與滯後影響精度；沒有閉迴路補償，精度不一定比線馬平台好。
「堆疊和壓電馬達是一樣的」：不同。堆疊是直接伸縮、行程小；壓電馬達是持續移動、行程大。
「壓電不需要供電」：堆疊的指定伸長仍須控制電壓，低靜態耗電不等於斷電自鎖。具預壓、自夾持結構的 walking 馬達可以停機斷電保持，但移動與位置感測／控制仍需供電。
給讀者的自我檢查
你能說出壓電堆疊與步進式壓電馬達的原理差別嗎？
為什麼柔性導引能做到奈米級解析度？
蠕變與滯後是什麼，怎麼影響定位？
回到開頭的問題：壓電怎麼做到奈米級定位？答案是壓電效應把電壓直接變位移，柔性導引無摩擦、無背隙、無磨損，所以解析度能到奈米級。適用條件：本文原理來自 PI 技術文件，行程與解析度是定性描述。尚未解決的限制：蠕變與滯後要閉迴路補償；行程小，長行程要步進式壓電馬達或線性馬達。