Характеристика полный набор материальных констант и их зависимости от температуры для пьезоэлектрических материалов с помощью резонансной ультразвуковой спектроскопии

Liguo Tang; Wenwu Cao

doi:10.3791/53461

Method Article

Характеристика полный набор материальных констант и их зависимости от температуры для пьезоэлектрических материалов с помощью резонансной ультразвуковой спектроскопии

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

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

Этот протокол описывает процедуру измерения температурной зависимости полного набора констант материала пьезоэлектрических материалов с помощью резонансной ультразвуковой спектроскопии (РУС).

Abstract

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

Во время работы мощных электромеханических устройств, повышение температуры неизбежна из-за механических и электрических потерь, в результате чего снижается производительность устройства. Для оценки таких ухудшений с использованием компьютерного моделирования, полные свойства материала матрицы при повышенных температурах необходимы в качестве входных сигналов. Чрезвычайно трудно измерить такие данные для сегнетоэлектрических материалов из-за их сильной вариации анизотропной природы и свойств среди образцов различной геометрии. Поскольку степень деполяризации граничных условий, зависящих от данных, полученных с помощью IEEE (Институт инженеров по электротехнике и электронике) импеданса резонансной техники, которая требует нескольких образцов с резко различной геометрией, обычно не хватает самосогласование. Резонансной ультразвуковой спектроскопии (RUS) методика позволяет полный набор материальные константы должны быть измерены, используя только один образец, который может устранить ошибки, вызванные образца к образцу variatиона. Детальная процедура RUS демонстрируется здесь с использованием цирконата-титаната свинца (PZT-4) пьезокерамического образца. В примере, полный набор материальных констант измерялось от комнатной температуры до 120 ° C. Измеренные константы свободные диэлектрические figure-abstract-1 а также figure-abstract-2 были сопоставлены с расчетными на основе измеренного полного набора данных, а пьезоэлектрические константы D ₁₅ и D ₃₃ также были рассчитаны с использованием различных формул. Отличное соглашение было найдено во всем диапазоне температур, которые подтвердили самосогласованность набора данных, полученных с помощью RUS.

Introduction

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

Цирконата - титаната свинца (ЦТС) пьезокерамические, (1-х) PbZrO ₃ -xPbTiO _3, и его производные широко используются в ультразвуковых датчиков, датчиков и исполнительных устройств начиная с 1950 - х годов ^1. Многие из этих электромеханических устройств используются при высоких температурных диапазонах, например, для космических аппаратов и под землей для каротажа скважин. Кроме того, высокие силовые устройства, такие как терапевтические ультразвуковые преобразователи, пьезоэлектрических преобразователей и гидроакустических проекторов, часто разогревается во время работы. Такие повышение температуры приведет к изменению резонансных част....

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

Protocol

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

1. Подготовка образцов

Примечание: ЦТС-4 керамических образцов нужного размера можно непосредственно заказать у многих производителей пьезокерамики. Можно также вырезать образец из большого керамического блока ЦТС помощью алмазной резки, а затем repole образец для восстановления depoling вызвано резки и полировки. Здесь, форма образца представляет собой параллелепипед с каждым размером от 3 до 10 мм. Более крупные образцы размером не являются необходимыми, но точность может быть поставлена под угрозу, если образцы слишком малы.

Отполируйте поверхностях образца прямоугольного параллелепипеда на плексигласа диск , используя Al ....

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

Results

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

LM используется алгоритм в инверсии является локальным минимумом искатель. Таким образом, начальные значения констант жесткости упругих figure-results-1 , figure-results-2 , figure-results-3 , figure-results-4 , а также figure-results-5 И пь.....

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

Discussion

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

Метод, описанный здесь RUS можно измерить константы полный набор материала, используя только один образец, который устраняет ошибки, вызванные изменением свойств от образца к образцу, так что самосогласование может быть гарантирована. Метод может быть использован для любого твердого материала с высоким качеством добротность, независимо от того, если они являются пьезоэлектрические или нет. Все остальные стандартные методы определения характеристик требуется несколько образцов, чтобы получить полный набор данных и трудно.......

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

Disclosures

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

Авторам нечего раскрывать.

Acknowledgements

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

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант No 11374245), NIH в рамках гранта No P41-EB2182, Фондом естественных наук провинции Фуцзянь, Китай (грант No 2013J01163) и Фондом открытых исследований Государственной ключевой лаборатории акустики Китайской академии наук (грант 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
парафин	MTI Corporation	8002-74-2
проводящая серебряная краска	MG Chemicals	842-20G
Al₂O₃ Порошок	MTI Corporation
смазка для муфт	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

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles