Karakterisering van de volledige set Material constanten en hun Temperatuur Afhankelijkheid van piëzo-elektrische materialen met behulp van Resonant Ultrasound Spectroscopie

Liguo Tang; Wenwu Cao

doi:10.3791/53461

Method Article

Karakterisering van de volledige set Material constanten en hun Temperatuur Afhankelijkheid van piëzo-elektrische materialen met behulp van Resonant Ultrasound Spectroscopie

DOI:

10.3791/53461

⸱

April 27th, 2016

Liguo Tang¹ , Wenwu Cao²

¹Key Laboratory of Underwater Acoustic Communication and Marine Information Technology, Xiamen University, ²Department of Mathematics and Material Research Institute, The Pennsylvania State University

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

This protocol describes the procedure of measuring the temperature dependence of the full set material constants of piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy (RUS).

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tijdens het gebruik van hoog vermogen elektromechanische apparatuur, een temperatuurstijging onvermijdelijk door mechanische en elektrische verliezen, waardoor de degradatie van de prestaties van het apparaat. Om dergelijke verslechteringen behulp computersimulaties evalueren, zijn volledige matrixmateriaal eigenschappen bij verhoogde temperaturen nodig als invoer. Het is uiterst moeilijk om dergelijke gegevens voor ferro-elektrische materialen te meten door hun sterke anisotrope aard en eigenschap variatie tussen monsters van verschillende geometrieën. Omdat de mate van depolarisatie is randvoorwaarde afhankelijk, verkregen door de IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) impedantie resonantie techniek die meerdere monsters met drastisch verschillende geometrieën vereist, gewoonlijk missen zelfconsistentie. De resonerende ultrasone spectroscopie (RUS) techniek maakt het mogelijk de volledige set materiaal constanten te meten met behulp van slechts één monster, die fouten veroorzaakt door monster tot Variat monster kan eliminerenion. Een gedetailleerde RUS procedure wordt hier getoond aan de hand van een loodzirconaattitanaat (PZT-4) piëzokeramisch monster. In het voorbeeld, het benodigde materiaal constanten gemeten van kamertemperatuur tot 120 ° C. Gemeten gratis diëlektrische constanten figure-abstract-1 en figure-abstract-2 werden vergeleken met degenen berekend op basis van de gemeten volledige set van gegevens, en piëzo-elektrische constanten d ₁₅ en d ₃₃ werden ook berekend met behulp van verschillende formules. Uitstekende overeenkomst werd gevonden in het hele scala van temperaturen, waarbij de zelf-consistentie van de dataset verkregen door RUS bevestigd.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Loodzirconaattitanaat (PZT) piëzo-elektrische keramiek, (1-x) PbZrO ₃ -xPbTiO ₃ en zijn derivaten zijn op grote schaal gebruikt in ultrasone transducers, sensoren en actuatoren sinds 1950 ^1. Veel van deze elektromechanische apparaten worden gebruikt bij hoge temperaturen, zoals ruimtevoertuigen en een ondergrondse goed in te loggen. Bovendien high power apparaten, zoals therapeutische ultrasone transducenten, piëzo- elektrische transformatoren en sonar projectoren, vaak warmte tijdens het gebruik. Een dergelijke temperatuur stijgt zal de resonantie frequenties en het brandpunt van transducers veranderen, leidt tot een ernstige vermind....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Monstervoorbereiding

Opmerking: PZT-4 keramische monsters van de gewenste grootte kan direct worden besteld bij vele PZT keramische fabrikanten. Men kan ook snijden het monster uit een groter PZT keramisch blok met behulp van een diamant snijmachine, dan Repole het monster te herstellen depoling veroorzaakt door het snijden en polijsten. Hier, het monster vorm van een parallellepipedum met elke afmeting tussen 3 mm en 10 mm. Groter formaat monsters zijn niet nodig, maar de nauwkeurigheid kan worden aangetast als monsters zijn te klein.

Polijsten oppervlakken van een rechthoekig parallellepipedum monster op een plexiglas schi....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De LM algorisme gebruikt in de inversie is een lokaal minimum finder. Daarom is de beginwaarden van elastische stijfheid constanten figure-results-1 , figure-results-2 , figure-results-3 , figure-results-4 en

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De RUS techniek hier beschreven, kunnen de volledige reeks materiaal constanten te meten met behulp van slechts één monster, dat fouten die worden veroorzaakt door verhuurder variatie van monster tot monster zodat self-consistentie kan worden gegarandeerd elimineert. De werkwijze kan worden gebruikt voor elk vast materiaal met een hoge kwaliteitsfactor Q, ongeacht of zij piezoelektrische of niet. Alle andere standaard karakterisering technieken vereisen verschillende samples om de volledige reeks gegevens op te halen en.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11374245), the NIH under Grant No. P41-EB2182, the Natural Science Foundation of Fujian Province, China (Grant No. 2013J01163), and the Open Research Fund of the State Key Laboratory of Acoustics, Chinese Academy of Science (Grant No. SKLA201306).

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number
PZT-4	TRS
paraffin	MTI Corporation	8002-74-2
conductive silver paint	MG Chemicals	842-20G
Al₂O₃ Powder	MTI Corporation
coupling grease	Panametrics

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Karakterisering van de volledige set Material constanten en hun Temperatuur Afhankelijkheid van piëzo-elektrische materialen met behulp van Resonant Ultrasound Spectroscopie

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles