Ten protokół opisuje procedurę pomiaru zależności temperatury od pełnych stałych materiałowych materiałów piezoelektrycznych za pomocą rezonansowej spektroskopii ultradźwiękowej (RUS).
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Charakterystyka pełnych stałych materiałowych i ich zależności temperaturowej dla materiałów piezoelektrycznych za pomocą rezonansowej spektroskopii ultradźwiękowej
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Podczas pracy wysokomocnych urządzeń elektromechanicznych nieunikniony jest wzrost temperatury wynikający ze strat mechanicznych i elektrycznych, co powoduje degradację parametrów pracy urządzenia. Aby ocenić takie degradacje za pomocą symulacji komputerowych, jako dane wejściowe niezbędne są pełne macierze właściwości materiałowych w podwyższonych temperaturach. Pomiar takich danych dla materiałów ferroelektrycznych jest niezwykle trudny ze względu na ich silny charakter anizotropowy oraz zmienność właściwości między próbkami o różnej geometrii. Ponieważ stopień depolaryzacji zależy od warunków brzegowych, dane uzyskane za pomocą techniki rezonansu impedancyjnego IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), która wymaga kilku próbek o drastycznie różnej geometrii, zazwyczaj nie są spójne. Technika rezonansowej spektroskopii ultradźwiękowej (RUS) pozwala na pomiar pełnego zestawu stałych materiałowych przy użyciu tylko jednej próbki, co może wyeliminować błędy spowodowane różnicami między próbkami. W niniejszym materiale zaprezentowano szczegółową procedurę RUS z wykorzystaniem próbki piezoceramicznej z tytanianu cyrkonianu ołowiu (PZT-4). W przykładzie pełny zestaw stałych materiałowych zmierzono w zakresie od temperatury pokojowej do 120 °C. Zmierzone swobodne stałe dielektryczne 
oraz 
porównano z wartościami obliczonymi na podstawie zmierzonego pełnego zestawu danych, a stałe piezoelektryczne d15 i d33 obliczono również za pomocą różnych wzorów. Stwierdzono doskonałą zgodność w całym zakresie temperatur, co potwierdziło spójność zestawu danych uzyskanych metodą RUS.
Wprowadzenie
Ceramika piezoelektryczna z tytanianu cyrkonianu ołowiu (PZT), (1-x)PbZrO3-xPbTiO3 oraz jej pochodne są szeroko stosowane w przetwornikach ultradźwiękowych, czujnikach i aktuatorach od lat 50. XX wieku1. Wiele z tych urządzeń elektromechanicznych pracuje w wysokich zakresach temperatur, na przykład w pojazdach kosmicznych i podczas profilowania otworów wiertniczych. Ponadto urządzenia o wysokiej mocy, takie jak terapeutyczne przetworniki ultradźwiękowe, transformatory piezoelektryczne i projektory sonaru, często nagrzewają się podczas pracy. Takie wzrosty temperatury zmieniają częstotliwości rezonansowe oraz punkt ogniskowania przetwor....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
1. Przygotowanie próbek
Uwaga: Próbki ceramiki PZT-4 o pożądanej wielkości można zamówić bezpośrednio u wielu producentów ceramiki PZT. Próbkę można również wyciąć z większego bloku ceramiki PZT za pomocą przecinarki diamentowej, a następnie poddać ją ponownej polaryzacji, aby przywrócić właściwości utracone w wyniku cięcia i polerowania. W tym przypadku kształtem próbki jest prostopadłościan, którego każdy wymiar wynosi od 3 mm do 10 mm. Większe próbki nie są konieczne, jednak dokładność pomiarów może zostać ograniczona, jeśli próbki będą zbyt małe.
- Polerowanie powierzchni próbki w kształcie prostopadłościanu na dysku z pleksig....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Algorytm LM stosowany w inwersji służy do znajdowania lokalnego minimum. W związku z tym wartości początkowe stałych sztywności sprężystej 
,
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Opisana tutaj technika RUS pozwala na pomiar pełnego zestawu stałych materiałowych przy użyciu tylko jednej próbki, co eliminuje błędy wynikające z różnic w właściwościach między poszczególnymi próbkami, zapewniając tym samym spójność wewnętrzną wyników. Metoda ta może być stosowana do dowolnego materiału stałego o wysokim współczynniku dobroci Q, niezależnie od tego, czy wykazuje on właściwości piezoelektryczne, czy nie. Wszystkie pozostałe standardowe techniki charakterystyki wymagają kilku próbek do uzyskania pełnego .......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Ta praca była wspierana przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (Grant nr 11374245), NIH w ramach Grantu nr P41-EB2182, Fundację Nauk Przyrodniczych Prowincji Fujian, Chiny (Grant nr 2013J01163), oraz Otwarty Fundusz Badawczy Państwowego Kluczowego Laboratorium Akustyki Chińskiej Akademii Nauk (Grant No. SKLA201306).
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| PZT-4 | TRS | ||
| parafina | MTI Corporation | 8002-74-2 | |
| przewodząca srebrna farba | MG Chemicals | 842-20G | |
| Al2O3 Proszek | MTI Corporation | ||
| Panametrics |
Bibliografia
- 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.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
Przeglądaj więcej artykułów
