Даследаванне поксі-п'езаэлектрычнага кампазітнага матэрыялу PZT

У практычных прымяненнях П'езаэлектрычныя матэрыялы П'езакерамічны пераўтваральнік павінен мець высокі электрамеханічны каэфіцыент згуртаванасці Kt для эфектыўнага пераўтварэння электрычнай энергіі і механічнай энергіі адна ў адну, у той жа час для атрымання электрычнай энергіі неабходна павялічыць каэфіцыент дыэлектрычнай пранікальнасці як мага вышэй. Трансмісія больш эфектыўная; і дыэлектрычныя страты (tans <0,05), механічныя страты (механічны каэфіцыент якасці порта магчымы для забеспячэння адчувальнасці пераўтваральніка; акрамя таго, каб гарантаваць, што гукавая хваля, выпраменьваная пераўтваральнікам, знаходзіцца на мяжы тканіны. Калі вада перадаецца і прымаецца, энергія лепш аб'ядноўваецца. Акустычны імпеданс павінен быць як мага бліжэй да акустычнага імпедансу тканіны чалавека, каб інтэрфейс гукавой хвалі можа лепш выконваць энергетычную катастрофу, калі перадае і прымае.

Электрамеханічны каэфіцыент супадзення п'езаэлектрычнай керамікі па напрамку таўшчыні Kt невялікі (ад 0,4 да 0,5), дыэлектрычная пранікальнасць пашырана ад 100 да 2400, дыэлектрычныя страты тан <0,02, механічны каэфіцыент якасці Q складае ад 10 да 1000, акустычны імпеданс z складае ад 20 да 30 Mrayl, што ўскладняе ўзгадненне акустычнага імпедансу. The п'езадатчык вібрацыі (поліэтылендыфтарыд і яго палімер) мае меншы акустычны імпеданс, таму адпаведнасць гукавога імпедансу прасцей. Гэтыя матэрыялы маюць нізкі каэфіцыент электрамеханічнага зачаплення (kt <0,3) і высокія дыэлектрычныя страты (a TANS 0,15), таму п'езаэлектрычныя тонкаплёнкавыя пераўтваральнікі маюць меншую адчувальнасць. П'езаэлектрычныя кампазітныя матэрыялы маюць характарыстыкі п'езаэлектрычнай керамікі і палімераў, а электрамеханічны каэфіцыент згуртавання вялікі, які можа дасягаць 0,6-0,75, значэнне акустычнага імпедансу можа дасягаць z<7.SMrayl, а шырокі дыяпазон п'езаэлектрычных канстант і нізкія дыэлектрычныя і механічныя страты робяць яго прыдатным для вырабу шырокапалосных высокаадчувальных ультрагукавых пераўтваральнікаў.

У 1985 годзе Уоллес Ардэнсміт стварыў фізічную мадэль таўшчынёвага рэжыму вібрацыі п'езаэлектрычны датчык, які працуе , і тэарэтычна даў параметры прадукцыйнасці п'езаэлектрычных кампазітаў з аб'ёмнай доляй п'езаэлектрычнай керамікі. Узаемасувязь паміж зменамі ў медыцынскім ультрагукавым датчыку, п'езаэлектрычныя матэрыялы працуюць у рэжыме таўшчыні вібрацыі. У цяперашні час, калі разглядаць толькі рэжым вібрацыі па таўшчыні, кампазітны матэрыял можна прыкладна аднолькава разглядаць як п'езаэлектрычны матэрыял. Уласцівасці, якія валодаюць, можна спрашчаць і меркаваць.

(1) Электрычнае поле мае складнік толькі ў кірунку таўшчыні, і, адпаведна, двухфазны матэрыял мае кампанент толькі па восі Z.
(2) Папярочнае напружанне і дэфармацыя двухфазнага матэрыялу роўныя.

З мікраструктуры кампазіта відаць, што перыядычна размешчаныя слупкі адлюстроўваюць хвалі, якія распаўсюджваюцца, у прыватнасці, калі распаўсюджваюцца гукавыя хвалі, якія рэзаніруюць са слупкамі. У гэты час хваля Лэмба і мікраструктура спыняюцца, кампазітны матэрыял утварае рэзананс, так што апісанне кампазітнага матэрыялу як ізатропнай асяроддзя не вельмі дакладнае. Для забеспячэння дакладнасці мадэлі WA Smith пры апісанні крышталя п'езаэлектрычнага дыска l-тыпу 3 неабходна пераканацца, што п'езаэлектрычны кампазіт тыпу l-3 можна разглядаць як ізатропнае асяроддзе, і п'езаэлектрычны кампазіт дасягае рэзананснай частаты. Калі неабходна максімальна здушыць рэжым прасторавай бакавой вібрацыі, існуе толькі рэжым вібрацыі па таўшчыні. Больш за тое, умовы, пры якіх п'езаэлектрычны кампазітны матэрыял вібруе толькі ў напрамку таўшчыні.

Відаць, што дыэлектрычная пранікальнасць кампазітнага матэрыялу l-3 у асноўным павялічваецца з аб'ёмнай доляй сканера з п'езаэлектрычнай трубкай. Яна мае лінейную тэндэнцыю росту, і дыэлектрычная пранікальнасць змяняецца ў залежнасці ад п'езаэлектрычнай фазы і не залежыць ад формы папярочнага сячэння п'езаэлектрычнага кольцы. Гэта значыць, у той жа аб'ёмнай долі, размяшчэнне п'езаэлектрычнай фазы ў неп'езаэлектрычнай фазе інтэгравана з усім кампазітным матэрыялам. Электрычная пастаянная не мае ніякага ўплыву.