2-2型圆管压电复合材料的频率仿真与制备及性能测试

研制一种2-2型圆管压电复合材料。将压电陶瓷圆管沿轴向方向均匀切割,把环氧树脂浇注于切槽,经打磨和蒸镀电极,制成2-2型压电复合材料圆管。对压电复合材料圆管的压电和介电性能进行测试,结果为谐振频率388 k Hz,带宽11.2 k Hz,声阻抗18.05 Pa·s/m3,相对介电常数859,声速3 200 m/s,d33常数480 p C/N,振动位移89.5 pm。该压电复合材料圆管适合做水平全向宽带换能器。     

直写成型制备的3-3型PZT压电复合材料及其性能

3-3型压电复合材料在超声波传感器、水下声学检测等领域有着广泛的应用。锆钛酸铅(PZT)陶瓷通过复合有望制备具有低介电常数、低脆性等优点的复合材料。采用直写成型技术制备了 PZT 三维木堆结构支架, 结合浸渍法填充环氧树脂制备了3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料。研究了陶瓷相体积分数对3-3型PZT/环氧树脂压电复合材料的介电、压电、铁电性能的影响,并对比了 PZT陶瓷支架与 PZT/环氧树脂复合材料的介电与压电性能。研究结果表明,随着陶瓷相体积分数的增加,复合材料的介电常数、压电常数及剩余极化强度都会增大, PZT支架具有更大的介电常数、压电常数、压电电压常数;当陶瓷相体积分数为36%时,PZT 支架与 PZT/环氧树脂的压电电压常数分别达到151．0mV·m/N 与104．0mV ·m/N。PZT/环氧树脂复合材料同时具备了压电陶瓷的硬度、电性能,以及聚合物的柔韧性、低密度等优势,其应用前景良好。     

几种1-3-2型压电复合材料温度弯曲形变及相关参数测试研究

利用光纤光栅传感法,对压电陶瓷/618环氧树脂、压电陶瓷/9110T有机硅树脂、压电陶瓷/9110B有机硅树脂和压电陶瓷/HASUNCAST有机硅树脂四种1-3-2型压电复合材料进行实时温度弯曲形变测试,并对其相关温度稳定性电参数进行测试分析。结果表明,压电陶瓷/9110T有机硅树脂和压电陶瓷/HASUNCAST有机硅树脂压电复合材料的介电损耗极大;压电陶瓷/9110B有机硅树脂与压电陶瓷/618环氧树脂相比,其温度弯曲形变及频率常数、相对介电常数的温度变化率小,温度稳定性更高,是提高现行压电陶瓷/618环氧树脂压电复合材料高温耐受性的良好替代材料。     

多基元压电复合材料的制备及性能

采用压电陶瓷、环氧树脂和去耦材料,应用切割-浇注技术及串并联结构,研制3相多基元压电复合材料.实验测试了材料的压电和介电性能.以及各基元的一致性和耦合特性.结果表明,其压电常数达到240 pC/N以上,声速约3100 m/s,声特性阻抗小于14.3 MPa·s/m,厚度机电耦合系数0.4,相对介电常数约800,介质损耗0.02.材料各基元间的频率偏差小于0.76%,声耦合较小,相邻基元的振动衰减达94%.     

1-3型压电复合材料的机电响应特性和温度稳定性

1-3型压电复合材料具备优异的机电耦合性能,这对于高性能压电换能器的开发具有重要意义。该文采用低成本的切割填充法制备了不同结构参数的1-3型PZT/环氧树脂复合材料,并结合有限元模拟法对其压电性能、机电响应特性和温度稳定性进行了系统地研究。1-3阵列结构对平面方向应变产生了很大的衰减,使能量更集中于厚度共振模式。复合材料的高径比是影响机电耦合性能的主要因素,更精细的阵列结构有利于高性能压电换能器的制造。在-20~60 ℃内,1-3型压电复合材料的厚度机电耦合系数约为0.61,变化率小于1%,表现出良好的温度稳定性。     

3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态.应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料,并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数,实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率,并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响.同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合,并提出了避免这种耦合的方法.     

超快激光制备高频1-3型PIN-PMN-PT复合材料超声换能器

与其他压电材料相比,1-3型压电单晶复合材料具有优异的压电性能和更匹配的声学特性,更有利于制备出性能优异的超声换能器。该文通过有限元软件COMSOL对复合材料的振动模态及阻抗特性进行了系统的研究,同时采用皮秒激光制备了高频1-3型Pb(In_1/2Nb_1/2)O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-PbTiO₃(PIN-PMN-PT)铁电单晶/环氧树脂复合材料,并进行了性能表征。该1-3复合材料机电耦合系数为0.65,声阻抗为19.96 MRayls。该复合材料可用于制备高频超声换能器,结果表明,换能器中心频率为17.68 MHz,-6 dB带宽为84.38%,插入损耗为-25.4 dB。     

衣霉素诱导乳鼠原代心肌细胞凋亡的实验研究

采用压电陶瓷、环氧树脂和去耦材料,应用切割-浇注技术及串并联结构,研制3相多基元压电复合材料.实验测试了材料的压电和介电性能.以及各基元的一致性和耦合特性.结果表明,其压电常数达到240 pC/N以上,声速约3100 m/s,声特性阻抗小于14.3 MPa·s/m,厚度机电耦合系数0.4,相对介电常数约800,介质损耗0.02.材料各基元间的频率偏差小于0.76%,声耦合较小,相邻基元的振动衰减达94%.     

3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态。应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料,并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数,实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率,并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响。同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合,并提出了避免这种耦合的方法。     

基于软模法制备1-3型压电复合材料及高频医用超声换能器

高频医用超声成像技术因其高空间分辨率而被广泛应用于人体组织的精细结构观察,其中高频超声换能器的核心材料是1-3型压电复合材料。采用软模板法直接烧结了锆钛酸铅(PZT)压电微柱阵列,进而制备PZT/环氧1-3型压电复合材料,并对其进行了微观结构观察和电学性能表征。材料微观结构完整,机电耦合系数达到0.64。采用此复合材料制备了中心频率为20 MHz的高频超声换能器。采用脉冲回波法对换能器进行了性能和声场测试,并利用其对人体皮肤进行了超声成像,换能器的插入损耗、带宽分别为13.1 dB和84.2%。结果表明,软模法制备的1-3型压电复合材料能使高频超声换能器兼具低插入损耗和大带宽,这为高性能高频医用超声换能器提供了一种低成本、高效率的商业化制备方法。     

High electric-field-induced strain beahvior of single-crystal Pb(Mg<Subscript>1/3</Subscript>Nb<Subscript>2/3</Subscript>)O<Subscript>3</Subscript>-xPbTiO<Subscript>3</Subscript> multilayer piezoelectric actuators

Two 10-mm-long multilayer prototype actuators were fabricated by a stack method using 55 pieces of 5 mm×5 mm×0.15 mm Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃ (PMNT) single crystals and PZT-5A ceramics, respectively. The strain values for PMNT multilayer piezoelectric actuators are twice those of PZT-5A multilayer actuators, and 20.8-μm displacements can be achieved at the same E-field of 15 kV/cm. Although thermal and electrical history markedly impact dielectric and piezoelectric performance of PMNT crystals, the PMNT multilayer actuator can still achieve large displacements with approximately linear behavior below 60°C. Broad stable dynamic displacement characteristic and fast displacement response make the new-type actuators promising candidates for the application in new-generation high-performance solid-state actuators.     

一种改进型1-3-2压电复合材料的研究

高质量的压电换能器需要具备较高的机电耦合系数和灵敏度。该文在传统型1-3-2压电复合材料的基础上提出了一种改进型1-3-2压电材料,提高了压电换能器的机电耦合系数和换能器的接收灵敏度。通过有限元仿真分析了不同间距对改进型1-3-2压电材料敏感元件的谐振频率、反谐振频率及机电耦合系数的影响,并与传统1-3-2型压电复合材料进行了对比。结果表明,与传统型1-3-2压电复合材料相比,在相同间距条件下,改进型压电材料的机电耦合系数约大0.03。制做的3种不同间距改进型压电材料表明,间距为1 mm的改进型压电材料的机电耦合系数较大,约为0.68。     

新型热释电单晶材料与红外探测器的研究

主要阐述了当前热释电红外探测器的发展状况,并重点介绍了我国尤其是我们在新型热释电材料以及红外探测器方面的主要进展和成果。弛豫铁电单晶是一类具有优异压电性能的新型材料,同时我们发现该类晶体还具有优异的热释电性能。我们所生长的PMNT单晶的热释电系数超过15.3×10^-4cm^-2.K^-1,Mn-PMNT的介电损耗降至0.0005,探测优值达到40.2×10^-5Pa^-1/2,高居里温度点单晶PIMNT的居里温度达到180℃以上。与合作单位一起利用该类晶体研制的红外探测器的性能远优于利用传统热释电材料（如LiTaO₃）制作的探测器,其比探测率达到1.07×10⁹ cm·Hz^1/2/·W^-1,说明利用该新型弛豫铁电单晶制作的红外探测器具有广阔的应用前景。     

压电粉体对1-3型压电复合材料的性能影响

用粉末-溶胶挤出法制备PZT压电纤维,以排列-浇铸法制备纤维体积分数为30%的1-3型压电复合材料.以热重-差热分析(TG-DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了所得纤维的加热变化情况和表面形貌.测量计算压电陶瓷片与复合材料的压电常数、介电常数、机电耦合系数及机械品质因数.结果表明,纤维中的晶粒致密度越高,复合材料的压电与介电常数越高.复合材料的径向机电耦合系数(k_p)小于压电陶瓷片,厚度机电耦合系数(k_t)和k_t/k_p都大于陶瓷片.     

弛豫铁电单晶PMNT压力稳定性的研究

采用密闭油腔产生静压力,样品置于油腔内,测试了(001)切型弛豫铁电单晶0.67Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.33PbTiO3(简写为PMNT67/33)的介电常数和静水压压电常数的压力稳定性。结果显示:随压力增大,εr缓慢增加,压力在10MPa内其相对变化小于1.8×10-2,tgδ无显著变化;压电常数dh和gh先显著下降,至2MPa后趋于稳定。结果表明,弛豫铁电单晶PMNT施加一定的预应力后,性能随静压力的变化趋于稳定。     

Ba (Ti0.8Zr0.2)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3无铅陶瓷的显微结构和压电性能

采用传统固相反应制备出了高压电常数的Ba(Ti0.8 Zr0.2)O3-(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZT-xBCT)无铅压电陶瓷材料,研究了BCT含量对于体系结构、压电与介电性能的影响规律.结果表明,x=0.45～0.60时,BZTxBCT系统处于准同型相界附近,BZT-xBCT陶瓷时主晶相为钙钛矿相结构,当x＞0.50时,出现少量的第二相CaTiO3.当x=0.50时,陶瓷的性能达到最佳,其介电常数ε、压电常数d33、机电耦合系数kp、机械品质因数Qm、频率系数Np分别为2 900,385 pC/N,0.456,124和2 740 Hz·m.由此可认为位于准同型相界附近的BZT-xBCT是一类很有前途的无铅压电材料.     

嵌入电容膜（ECF）用的环氧／SrTiO3复合物

概述了高频用途的环氧／SrTiO3复合物嵌入电容膜（ECF）的开发。采用变化SrTiO3粒子填料的3种不同的SrTiO3粉,测量环氧／SrTiO3复合物嵌入电容膜的介质常数。试验数据符合判断环氧／SrTiO3复合物ECF中的SrTiO3粉的有效介质常数的Lichtenecker方程。应用矩形谐振腔法测量环氧／SrTiO3复合物ECF在千兆赫范围（1GHz、10GHz）的介质常数。在千兆赫频率范围内环氧／SrTiO3复合物ECF的介质常数几乎稳定。因此环氧／SrTiO3复合物ECF可以有效地应用于高频用途中。