Questo protocollo descrive la procedura di misurazione della dipendenza dalla temperatura delle costanti di materiale completamente impostate dei materiali piezoelettrici utilizzando la spettroscopia a ultrasuoni risonanti (RUS).
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Articolo metodologico
Caratterizzazione del set completo Materiale costanti ed i loro dipendenza dalla temperatura dei materiali piezoelettrici Utilizzando risonanza ultrasuoni Spectroscopy
In questo articolo
Sommario
Abstract
Durante il funzionamento dei dispositivi elettromeccanici di alta potenza, un aumento di temperatura è inevitabile a causa delle perdite meccaniche ed elettriche, provocando il degrado delle prestazioni del dispositivo. Al fine di valutare tali degradazioni utilizzando simulazioni al computer, piena proprietà dei materiali a matrice a temperature elevate sono necessarie come ingressi. È estremamente difficile misurare tali dati per materiali ferroelettrici causa del loro forte anisotropo natura e proprietà variazione tra campioni di diverse geometrie. Poiché il grado di depolarizzazione è condizione al contorno dipendenti, i dati ottenuti dalla IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) tecnica di impedenza di risonanza, che richiede parecchi campioni con drasticamente diverse geometrie, di solito la mancanza di auto-consistenza. La spettroscopia di risonanza ultrasuoni (RUS) la tecnica consente la piena costanti del materiale pronto per essere misurati utilizzando un solo campione, che può eliminare errori causati da campione a campione rielaborataionico. Una procedura dettagliata RUS è dimostrato qui utilizzando un titanato zirconato di piombo (PZT-4) campione piezoceramico. Nell'esempio, il set completo di costanti del materiale è stata misurata da temperatura ambiente a 120 ° C. Misurati costanti dielettriche liberi 
e 
sono stati confrontati con quelli calcolati sulla base dei dati completo set di misura, e le costanti piezoelettriche D 15 e D 33 sono stati anche calcolati con formule diverse. Eccellente accordo è stato trovato in tutta la gamma di temperature, che hanno confermato l'auto-consistenza del set di dati ottenuto dal RUS.
Introduzione
Piombo titanato zirconato (PZT) ceramiche piezoelettriche, (1-x) PbZrO 3 -xPbTiO 3, ed i suoi derivati sono stati ampiamente utilizzati in trasduttori ad ultrasuoni, sensori e attuatori dal 1950 1. Molti di questi dispositivi elettromeccanici sono utilizzati a distanze elevate temperature, come per veicoli spaziali sottostruttura ben registrazione. Inoltre, dispositivi ad alta potenza, come trasduttori a ultrasuoni terapeutici, trasformatori piezoelettrici e proiettori sonar, spesso di calore durante il funzionamento. Tali aumenti di temperatura cambieranno le frequenze di risonanza e il punto focale di trasduttori, causando calo de....
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Protocollo
Preparazione 1. Esempio
Nota: PZT-4 campioni di ceramica delle dimensioni desiderate possono essere ordinati direttamente da molti produttori di ceramica PZT. Si può anche ridurre il campione da un grande blocco di ceramica PZT utilizzando una macchina di taglio di diamante, quindi Répole il campione per ripristinare depoling causata da taglio e la lucidatura. Qui, la forma campione è un parallelepipedo ogni dimensione tra 3 mm e 10 mm. campioni di dimensioni più grandi non sono necessari, ma la precisione potrebbe essere compromessa se i campioni sono troppo piccole.
- Lucidare le superfici di un campione rettangolare parallelep....
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Risultati
Il algorism LM utilizzato nell'inversione è un cercatore minimo locale. Pertanto, i valori iniziali delle costanti elastiche rigidezza 
, 
, 
, 
, e
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Discussione
La tecnica RUS qui descritto può misurare le costanti del materiale serie completa utilizzando un solo campione, che elimina gli errori causati da variazioni di proprietà da campione a campione in modo che l'auto-consistenza può essere garantita. Il metodo può essere utilizzato per qualsiasi materiale solido con un elevato fattore di qualità Q, non importa se sono piezoelettrico o meno. Tutte le altre tecniche di caratterizzazione richiedono diversi campioni per ottenere i dati insieme completo e sono difficili da o.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11374245), dal NIH nell'ambito della Grant No. P41-EB2182, dalla Natural Science Foundation della Provincia del Fujian, Cina (Grant No. 2013J01163), e dall'Open Research Fund del State Key Laboratory of Acoustics, Chinese Academy of Science (Grant No. SKLA201306).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| PZT-4 | TRS | ||
| paraffina | MTI Corporation | 8002-74-2 | |
| vernice conduttiva all'argento | MG Chemicals | 842-20G | |
| Al2O3 Polvere | MTI Corporation | ||
| grasso per giunti | Panametrics |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
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