Ce protocole décrit la procédure de mesure de la dépendance à la température des constantes de matériau d’ensemble complet des matériaux piézoélectriques à l’aide de la spectroscopie par ultrasons résonants (RUS).
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Article de méthode
Caractérisation des matériaux Ensemble complet Constantes et leur dépendance de la température pour piézoélectriques matériaux utilisant Resonant Ultrasound Spectroscopy
Dans cet article
Résumé
Résumé
Pendant le fonctionnement de dispositifs électromécaniques de haute puissance, une élévation de température est inévitable en raison des pertes mécaniques et électriques, ce qui provoque la dégradation des performances du dispositif. Afin d'évaluer ces dégradations à l'aide de simulations informatiques, pleines propriétés des matériaux de matrice à des températures élevées sont nécessaires comme entrées. Il est extrêmement difficile de mesurer ces données pour les matériaux ferroélectriques en raison de leur forte anisotrope la nature et la propriété variation entre les échantillons de différentes géométries. Parce que le degré de dépolarisation est des conditions aux limites dépendantes, les données obtenues par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) technique de résonance de l'impédance, ce qui nécessite plusieurs échantillons avec radicalement différentes géométries, manquent souvent d'auto-cohérence. La spectroscopie de résonance à ultrasons (RUS) technique permet aux constantes pleines de matériaux de jeu à être mesurées en utilisant un seul échantillon, ce qui permet d'éliminer les erreurs causées par échantillon à Variat échantillonnerion. Une procédure détaillée RUS est démontré ici en utilisant un titanate de zirconate de plomb (PZT-4) Extrait piézocéramique. Dans l'exemple, l'ensemble complet des constantes de matériau a été mesurée à partir de la température ambiante à 120 ° C. constantes diélectriques libres mesurées 
et 
ont été comparés à ceux calculés sur la base des données complètes de réglage mesurées, et les constantes piézoélectriques d 15 et d 33 ont également été calculées en utilisant différentes formules. Excellente accord a été trouvé dans l'ensemble de la gamme de températures, qui ont confirmé l'auto-cohérence de l'ensemble des données obtenues par le RUS.
Introduction
Titanate de plomb zirconate (PZT) , de la céramique piézo - électrique (1-x) PbZrO 3 -xPbTiO 3 et ses dérivés ont été largement utilisés dans les transducteurs à ultrasons, des capteurs et des actionneurs 1 depuis les années 1950. Beaucoup de ces dispositifs électromécaniques sont utilisés à des plages de températures élevées, comme pour les véhicules spatiaux et souterraines des puits. En outre, les dispositifs de forte puissance, tels que des transducteurs à ultrasons thérapeutiques, les transformateurs piézo-électriques et des projecteurs sonar, souvent la chaleur pendant le fonctionnement. Ces augmentations de température vont cha....
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Protocole
Préparation 1. Echantillon
Remarque: le PZT-4 échantillons en céramique de la taille souhaitée peuvent être directement commandés auprès de nombreux fabricants de céramique PZT. On peut également couper l'échantillon à partir d'un bloc de céramique plus grande PZT en utilisant une machine de coupe de diamant, puis Repole l'échantillon pour restaurer dépolarisation causée par la coupe et le polissage. Ici, la forme de l'échantillon est un parallélépipède avec chaque dimension comprise entre 3 mm et 10 mm. échantillons de plus grande taille ne sont pas nécessaires mais la précision peut être compromise si les échantillons sont....
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Résultats
La algorism LM utilisée dans l'inversion est un détecteur de minimum local. Par conséquent, les valeurs initiales des constantes de raideur élastique 
, 
, 
, 
, et
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Discussion
La technique RUS décrit ici peut mesurer les constantes matérielles de jeu complet en utilisant un seul échantillon, ce qui élimine les erreurs causées par la propriété variation d'un échantillon à de telle sorte que l'auto-cohérence peut être garantie. Le procédé peut être utilisé pour tout matériau solide avec un facteur Q de haute qualité, peu importe si elles sont piézoélectriques ou non. Toutes les autres techniques de caractérisation classiques nécessitent plusieurs échantillons pour obtenir l'ensemble.......
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Remerciements
Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (subvention n° 11374245), le NIH sous la subvention n° P41-EB2182, la Fondation des sciences naturelles de la province du Fujian, Chine (subvention n° 2013J01163), et le Fonds ouvert de recherche du Laboratoire clé d’État d’acoustique de l’Académie chinoise des sciences (subvention n° P41-EB2182), la Fondation des sciences naturelles de la province du Fujian, Chine (subvention n° 2013J01163), et le Fonds ouvert de recherche du Laboratoire clé d’État d’acoustique de l’Académie chinoise des sciences (subvention n° 100). SKLA201306).
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| PZT-4 | TRS | ||
| paraffine | MTI Corporation | 8002-74-2 | |
| peinture argentée conductrice | MG Chemicals | 842-20G | |
| Al2O3 Poudre | MTI Corporation | ||
| graisse d’accouplement | Panametrics |
Références
- Jaffe, B., Cook, W. R., Jaffe, H. Piezoelectric Ceramics. , Academic Press. (1971).
- Chaussy, C., Thuroff, S., Rebillard, X., Gelet, A. Technology insight: High-intensity focused ultrasound for urologic cancers. Nat. Clin. Pract. Urol. 2, 191-198 (2005).
- Haar, G. T., Coussios, C.
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Réimpressions et autorisations
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