Este protocolo descreve o procedimento de medição da dependência da temperatura das constantes de material de material de material piezoelétrico usando espectroscopia de ultrassom ressonante (RUS).
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Artigo de método
Caracterização do conjunto completo de constantes do material e sua dependência de temperatura para materiais piezoelétricos Usando Resonant Ultrasound Spectroscopy
Neste artigo
Resumo
Resumo
Durante a operação de dispositivos electromecânicos de alta potência, um aumento de temperatura é inevitável devido às perdas mecânicas e eléctricas, causando a degradação do desempenho do dispositivo. A fim de avaliar tais degradações usando simulações de computador, as propriedades do material de matriz completa a temperaturas elevadas são necessários como entradas. É extremamente difícil medir esses dados para materiais ferroelétricos, devido à sua forte variação anisotrópica natureza e propriedade entre as amostras de diferentes geometrias. Porque o grau de despolarização é condição de contorno dependentes, dados obtidos pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) técnica de ressonância de impedância, o que requer várias amostras com drasticamente diferentes geometrias, geralmente carecem de auto-consistência. A espectroscopia de ultra-som ressonante (RUS) técnica permite que as constantes materiais conjunto completo a ser medido utilizando apenas uma amostra, que pode eliminar erros causados pela amostra para amostra variatíon. Um procedimento detalhado RUS é demonstrado aqui usando um titanato zirconato de chumbo (PZT-4) amostra piezocerâmicos. No exemplo, o conjunto completo de constantes do material foi medida a partir da temperatura ambiente até 120 ° C. Medido constantes dieléctricas livres 
e 
foram comparados com os calculados com base nos dados conjunto completo de medição e constantes piezoelétricas d 15 e d 33 também foram calculadas usando fórmulas diferentes. Excelente concordância foi encontrado em toda a gama de temperaturas, o que confirmou a auto-consistência do conjunto de dados obtidos pelo RUS.
Introdução
Titanato zirconato de chumbo (PZT) cerâmicas piezoeléctricas, (1-x) PbZrO 3 -xPbTiO 3, e os seus derivados têm sido amplamente utilizados em transdutores ultra-sónicos, sensores e actuadores, uma vez a 1950 um. Muitos destes dispositivos eletromecânicos são usadas em faixas de alta temperatura, como por veículos espaciais e subterrâneos bem login. Além disso, os dispositivos de alta potência, tais como transdutores de ultra-sons terapêuticos, transformadores piezoelétricos e projetores sonar, muitas vezes de aquecimento durante a operação. Tais aumentos de temperatura vai mudar as frequências de ressonância e o ponto focal dos transdu....
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Protocolo
Preparação 1. Amostra
Nota: PZT-4 amostras de cerâmica com o tamanho desejado pode ser directamente ordenada de muitos fabricantes de cerâmica PZT. Pode-se também cortar a amostra a partir de um bloco de cerâmica PZT maior usando uma máquina de corte de diamante, então Repole a amostra para restaurar depoling causada por corte e polimento. Aqui, a forma da amostra é um paralelepípedo com cada dimensão compreendida entre 3 mm e 10 mm. amostras de maior porte não são necessárias, mas a precisão pode ser comprometida se as amostras são muito pequenas.
- Polir as superfícies de uma amostra retangular paralelepípedo em um disco Plexig....
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Resultados
O algorism LM utilizado na inversão é um localizador mínimo local. Portanto, os valores iniciais das constantes de rigidez elástica 
, 
, 
, 
e 
E const....
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Discussão
A técnica RUS descrito aqui pode medir as constantes materiais conjunto completo usando apenas uma amostra, o que elimina erros causados pela variação da propriedade de amostra para amostra de modo que a auto-consistência pode ser garantida. O método pode ser utilizado para qualquer material sólido com um elevado factor de qualidade Q, não importa se eles estão ou não piezoeléctrico. Todas as outras técnicas de caracterização padrão exigir várias amostras para obter o conjunto de dados completo e são difíceis de alcan.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a divulgar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (Grant No. 11374245), o NIH sob a Grant No. P41-EB2182, a Fundação de Ciências Naturais da Província de Fujian, China (Grant No. 2013J01163), e o Fundo de Pesquisa Aberta do Laboratório Estadual de Acústica, Academia Chinesa de Ciências (Grant No. SKLA201306).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| PZT-4 | TRS | ||
| parafina | MTI Corporation | 8002-74-2 | |
| tinta prateada condutora | MG Chemicals | 842-20G | |
| Al2O3 Pó | MTI Corporation | ||
| graxa de acoplamento | Panametrics |
Referências
- 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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Reimpressões e permissões
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