Method Article

Tam Set Malzeme sabitleri Karakterizasyonu ve rezonans Ultrason Spektroskopisi kullanarak Piezoelektrik Malzemelerin Onların Sıcaklık Bağımlılığı

DOI:

10.3791/53461

⸱

April 27th, 2016

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

In This Article

Summary

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

Bu protokol, rezonans ultrason spektroskopisi (RUS) kullanılarak piezoelektrik malzemelerin tam set malzeme sabitlerinin sıcaklığa bağımlılığını ölçme prosedürünü açıklar.

Abstract

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

Yüksek güç elektromekanik cihazların operasyon sırasında, bir sıcaklık artışı cihazı performansının azalmasına neden, mekanik ve elektrik kayıplara kaçınılmazdır. Bilgisayar simülasyonları kullanılarak bu bozulmaları değerlendirilmesi amacıyla, yükseltilmiş sıcaklıklarda tam matris malzeme özellikleri girdi olarak ihtiyaç vardır. Dolayı farklı geometriye örnekleri arasında güçlü anizotropik doğa ve mülkiyet değişimine ferroelektrik malzemeler için bu tür verileri ölçmek için son derece zordur. depolarizasyon derecesi büyük ölçüde farklı geometriye sahip birkaç örnek gerektirir IEEE (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) empedans rezonans tekniği ile elde edilen sınır koşulu bağımlı, veri olduğundan, genellikle kendini tutarlılık eksikliği. Rezonans ultrason spektroskopisi (RUS) tekniği tam set malzeme sabitleri variat numuneden kaynaklanan hataları ortadan kaldırmak, hangi sadece bir örnek kullanılarak ölçülebilir sağlariyon. Ayrıntılı RUS prosedürü kurşun zirkonat titanat (PZT-4) piezoseramikli numune kullanılarak burada gösterilmiştir. Örneğin, malzeme sabitler complete set, 120 ° C ila oda sıcaklığında ölçüldü. Ölçülen ücretsiz dielektrik sabitleri figure-abstract-1 ve figure-abstract-2 ölçülen tam set verilere dayanarak hesaplanan olanlarla karşılaştırıldığında vardı ve piezoelektrik sabitleri 15 d ve 33 farklı formüller kullanılarak hesaplanmıştır d. Mükemmel anlaşma RUS ile elde edilen veri setinin kendini tutarlılığı teyit sıcaklıklar, tüm aralığı tespit edildi.

Introduction

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

Kurşun zirkonat titanat (PZT) piezoelektrik seramikler, (1-x) 3 -xPbTiO 3 PbZrO ve türevleri yaygın 1950'lerden 1 beri ultrasonik dönüştürücüler, sensörler ve aktüatörler kullanılmaktadır. Bu elektromekanik cihazların birçoğu, uzay araçları ve yeraltı kuyu giriş yüksek sıcaklık aralıkları, kullanılır. Ayrıca, bu tür tedavi ultrasonik dönüştürücüler, piezoelektrik transformatörler ve sonar projektörler, operasyon sırasında sık sık ısınma gibi yüksek güç aygıtları. Böyle bir sıcaklık artışları ciddi bir performans düşüşü neden rezonans frekanslarını ve dönüştürücüler odak noktası değişecektir. Yüksek yoğunluklu zaten tümörlerin tedavisi için klinik pratikte kullanılan ultrason (HIFU) teknolojisi, PZT seramik ultrasonik dönüştürücüler kullanmaktadır duruldu. Çalışma sırasında, bu dönüştürücüler sıcaklığı da HI değişecektir PZT rezonatörün sabitlerin bir değişiklik, neden artarFU odak noktası yanı sıra çıkış gücü 2,3. Odak noktası kayması, yani sağlıklı dokuları yerine kanserli dokuların tahrip ediliyor ciddi istenmeyen sonuçlara yol açabilir. Odak noktası kaydırma tahmin edilebilir, diğer yandan, bu tür bir Shift düzeltmek için, elektronik tasarımlar kullanabilir. Bu nedenle, piezoelektrik malzemelerin tam set malzeme özelliklerinin sıcaklık bağımlılığını ölçen birçok elektromekanik cihazlar, özellikle yüksek güç cihazların tasarımı ve değerlendirilmesi için çok önemlidir.

Kutuplu ferroelektrik malzemeler günümüzde bilinen en iyi piezoelektrik malzemeler bulunmaktadır. Aslında, şu anda kullanılan neredeyse tüm piezoelektrik malzemeler katı çözelti PZT seramik ve (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -xPbTiO 3 (PMN-PT) tek kristaller dahil ferroelektrik malzemeler vardır. empedans rezonans yöntemiyle IEEE (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) çok büyük ölçüde ile 5-7 örnekleri gerektirirCally tam set malzeme karakterize etmek için farklı geometriler 4 sabitleri. Numune özellikleri kutuplandırma düzeyine bağlıdır iken, kutuplandırma derecesi örnek geometri (sınır koşulları) bağlıdır çünkü ferroelektrik malzemeler için IEEE empedans rezonans yöntemini kullanarak kendi içinde tutarlı tam set matris verilerini elde etmek için neredeyse imkansız. varyasyonları numuneden kaynaklanan sorunları önlemek için, tüm sabitler bir örnekten ölçülmelidir. Li ve diğ., Titreşim eko ultrason ve ters empedans spektroskopisi 5 bir kombinasyonu kullanılarak, oda sıcaklığında bir numune tüm sabitleri başarılı bir ölçüm bildirilmiştir. Ne yazık ki, bu tekniğin fırın içinde doğrudan ultrasonik ölçümlerin yapılması mümkün değildir, çünkü yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirmek zordur. Yüksek sıcaklıklarda çalışmak herhangi bir ticari olarak temin edilebilen kesme dönüştürücüler vardır. Buna ek olarak, bağlantı yağ trans bağlandığınıducer ve örnek yüksek sıcaklıklarda çalışamaz.

Prensip olarak, RUS teknik yalnızca bir örnek 6,7 kullanarak piezoelektrik malzemeler ve ısı bağımlılığı tam set malzeme sabitlerini belirlemek için yeteneğine sahiptir. Ama RUS tekniğin doğru uygulanması için birkaç kritik adımlar vardır. İlk olarak, oda sıcaklığında tensör özelliklerinin tam grubu doğru darbe eko ve RUS teknikleri bir arada kullanılarak tespit edilmelidir. İkincisi, bu oda sıcaklığı veri setinin rezonans frekanslarını tahmin etmek ve ilgili modlarını belirlemek için ölçülen olanları maç için kullanılabilir. Üçüncü olarak, oda sıcaklığı up sıcaklığın her küçük artım için, bir ölçülen rezonans spektrumunun bu yeni sıcaklıkta tam set sabitleri almak için ölçülen rezonans spektrumuna karşı spektrum rekonstrüksiyon yapılması gerekiyor. Ardından, yeni veri yeni bir başlangıç ​​noktası olarak belirlenen kullanarak, biz Bir sonraki sıcaklıkta tam set sabitleri almak için başka bir küçük sıcaklık adım sıcaklık artışı. Bu süreci devam eden bize tam set malzeme sabitleri sıcaklık bağımlılığını elde etmek için izin verecektir.

Burada, PZT-4 piezoseramik Örnek RUS tekniğin ölçüm prosedürü göstermek için kullanılır. 5 elastik sabitler, 3 piezoelektrik sabitleri ve 2 dielektrik sabitleri: kutuplu PZT-4 seramik 10 bağımsız malzeme sabitleri ile ∞m simetriye sahiptir. dielektrik sabitleri rezonans frekansları değişim duyarsız olduğu için, ayrı ayrı, aynı numune kullanılarak ölçüldü. kenetli dielektrik sabitleri sıcaklığa bağımlılığı figure-introduction-1 ve figure-introduction-2 , Kapasite ölçümleri doğrudan ölçüldü ücretsiz dielektrik sabitleri iseOAD / 53461 / image005.jpg "/> ve figure-introduction-3 Aynı anda ölçülen veri tutarlılığı kontrolleri olarak kullanılmıştır. sabit bir elektrik alanı elastik sertlik sabitleri sıcaklığa bağlılığı figure-introduction-4 , figure-introduction-5 , figure-introduction-6 , figure-introduction-7 ve figure-introduction-8 Ve piezoelektrik gerilme sabit 15, E 31, E ve E 33, aynı numune kullanılarak RUS tekniği ile belirlendi.

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

Protocol

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

1. Numune Hazırlama

Not: İstenilen büyüklükte PZT-4 seramik örnekleri doğrudan birçok PZT seramik üreticileri sipariş edilebilir. Bir de daha sonra, bir elmas kesme makinesini kullanarak daha büyük bir PZT seramik blok örnek kesim kesme ve cilalama neden depoling geri örneği repole olabilir. Burada, örnek şekil 3 mm ile 10 mm arasında, her boyutu olan bir paralel yüzlü olan. Daha büyük boyutlu örnekleri gerekli değildir, ancak örnekler çok küçük ise hassasiyeti tehlikeye olabilir.

  1. Al 2 O 3 Tozlar kullanarak bir pleksiglas disk üzerinde bir dikdörtgen prizma Örneğinin Yüzeyler lehçe.
    1. İlk olarak, 60 ° C'ye kadar çubuk ve örnek ısıtılmasıyla balmumu çok ince bir tabaka ile metal çubuğun alt yüzeyine örnek tutkal. Daha sonra oda sıcaklığına kadar soğutulur. Silindir ve numunenin alt yüzeyi parlatılmış tog olabilir kadar sıkı, daha büyük bir dış çapa sahip bir metal silindire çubuk uyacaketer cilalı numune yüzey düzgünlüğünü garanti.
    2. Bir su şişesi kullanılarak cam plaka daha sonra ıslak yüzeye 6 mikron Al 2 O 3 tozlar serpin ıslatın. plaka üzerine kendisine yapıştırılmış numune ile numune tutucu yerleştirin ve örnek yüzey düz öğütmek için dairesel hareket yapın. Pleksiglas plaka ve iyice numune tutucu yıkayın.
    3. Islak cam plaka üzerine 3 mikron Al 2 O 3 tozları serpin ve örnek yüzeyi pürüzsüz olacak şekilde yeniden taşlama tekrarlayın. her şey temiz yıkayın.
    4. balmumu eritmek için 60 ° C'ye derleme ısıtarak sahibinin kapalı örneği kaldırın. aseton kullanılarak örnek yüzeyinde kalan balmumu temizleyin.
    5. Aynı prosedür kullanılarak örnek 6 yüzeyleri cila.
  2. Bir mikron kullanarak örnek boyutlarını ölçmek ve sonuçları kaydedin. Burada, Şekil 1'de gösterilen PZT-4 örnek aşağıdaki boyutlara sahiptir: l > X = 4.461 mm, L-Y = 6,073 mm ve L, Z = 4,914 mm em.
  3. Dijital analitik terazi kullanılarak numune kütlesi ölçün.
  4. Kitle yoğunluğu r almak için hacimce kitle bölün.

2. Darbe-eko ultrason ölçümü

Not: Bu yazıda, figure-protocol-1 ve figure-protocol-2 Sürekli elektrik alan ve sırasıyla sabit elektrik deplasman, elastik sertlik tensörlerinin sütun elemanı inci satır j inci i temsil eder; figure-protocol-3 ve figure-protocol-4 Sabit elektrik elastik uyum tensörlerinin sütun elemanı inci satır j inci i temsilalan ve sırasıyla sabit elektrik deplasman; d ij piezoelektrik gerilme tensörü sütun elemanı inci satır j inci i temsil eder; e ij piezoelektrik gerilme tensörü sütun elemanı inci satır j inci i temsil eder; figure-protocol-5 ve figure-protocol-6 sırasıyla, kenetli ve ücretsiz dielektrik sabitleri sütun elemanı inci satır j inci i temsil etmektedir. Tüm matris malzemesi sabitleri Voigt gösterimde bulunmaktadır.

  1. Verici-Alıcı açın. darbe-eko ölçümü için P / E Mode ayarlayın.
  2. uzunlamasına bir dalga transdüser (15 MHz) ve Pulser-Receiver bir dijital osiloskop bağlayın.
  3. arada bazı bağlantı gres x-yönünde örnek yüzeyine dönüştürücüyü koydu. Not kutuplaşma korkunç olduğunuction z ekseni olarak tanımlanır.
  4. Dijital osiloskop kontrol paneli üzerindeki CURSOR tuşuna basın; yan menü düğmesi V Barlar basın, daha sonra ilk yankı sinyalinin en yüksek tepe bir imleç çizgisini taşımak için Genel Amaçlı düğmesini çevirin.
  5. SEÇ tuşuna basın, daha sonra ikinci yankı sinyali karşılık gelen tepe diğer imleç çizgisini taşımak için Genel Amaçlı düğmesini çevirin.
  6. Ö ile işaretlenmiş yerde sayısal değeri okuyun: uçuşun gidiş-dönüş zamanı ekran üzerinde, figure-protocol-7 x-ekseni boyunca uzunlamasına dalga darbesinin.
  7. x yönünde uzunlamasına dalga hızını hesaplamak, figure-protocol-8 , Iki kez numune kalınlığının (gidiş-dönüş mesafesi) bölerek figure-protocol-9 Ve sonra elastik sabiti belirlemek "Denklem , Ρ örnek yoğunluğu olduğu.
  8. Bir kayma dalgası transdüser (5 MHz) kullanılarak 2.3-2.5 tekrarlayın ve aşağıdaki formül kullanılarak kayma dalga hızını belirlemek figure-protocol-11 , burada figure-protocol-12 x yönünde kayma dalgası gidiş-dönüş için uçuş zamanı. makaslama elastik sabiti belirleme figure-protocol-13 formül kullanılarak figure-protocol-14 .
  9. elastik sabiti hesaplayın figure-protocol-15 formül kullanılarak figure-protocol-16 . Bu ∞ m simetri ile PZT örneği için formülüdür.
  10. Numunenin z yüzeyi üzerine bir kesme transdüktörü (5 MHz) yerleştirin. , Uçuş gidiş dönüş zamanını kaydetmek figure-protocol-17 Dijital osiloskop kullanarak, z ekseni boyunca kesme dalga için. ses hızını hesaplamak figure-protocol-18 formül kullanılarak figure-protocol-19 Ve elastik sabiti belirlemek figure-protocol-20 formül kullanılarak figure-protocol-21 .

3. Dielektrik Sabitleri sıcaklık Bağımlılığı ölçün

  1. Bir fırça kullanarak x-yönünde örnek iki yüzeye iletken gümüş boya ince bir tabaka sürün. Aynı numune açık devre durumunda daha sonra RUS ölçümü için kullanılan böylece boya kolayca kapalı silinebilir.
  2. CKontrol bilgisayara empedans analizörü taşıyıcılarına bağlan- ması ve hem de açın.
  3. başlangıç ​​olarak ayarlayın ve frekans taraması için sırasıyla 10 MHz ve 40 MHz, empedans analizörü frekansları dur. dielektrik sabiti bu PZT örnek için >> 1 olduğundan, dielektrik sabiti hesaplamak figure-protocol-22 Paralel plakalı yaklaşımı kullanılarak figure-protocol-23 Nerede kapasitans figure-protocol-24 35 MHz ile ölçülür, bir elektrot alanı ve t numunenin kalınlığıdır.
  4. empedans analizörü dört kapılı portuna 16048A adaptörünü bağlayın.
  5. Kalibrasyon menüsünü görüntülemek için empedans analizörü CAL tuşuna basın.
  6. 4TP 1M başlangıç ​​menüsünde yer alan Adaptörü görüntülemek ve seçmek için ADAPTÖR tuşuna basın.
  7. Lcur ve Lpot terimini bağlayın04294-61001 arasında Hpot ve Hcur terminallerine 16048A ilgili inals. Diğer terminaller açık devre durumunda kalır.
  8. Adaptör Kurulumu menüsünü görüntülemek için SET OFUP tuşuna basın.
  9. [-] faz kompanzasyon verisi ölçümünü başlatmak için anahtar FAZ COMP basın. faz kompanzasyon veri ölçüm tamamlandığında, yazılım tuşu etiket değişir COMP fazına [BİTTİ].
  10. 04294-61001 ilgili Lcur, Lpot, Hpot ve Hcur terminallerine 16048A ilgili Lcur, Lpot, Hpot ve Hcur terminalleri bağlayın.
  11. [-] ölçümünü başlatmak için anahtar YÜK basın. Yük veri ölçüm tamamlandığında, yazılım tuşu etiket değişir YÜK için [BİTTİ].
  12. empedans analizörü bir fikstür bağlayın ve bir açık devre durumunda tutmak.
  13. CAL tuşuna basın ardından Armatür Tazminat menüsünü görüntülemek için seçenek tuşuna fikstür compen basın.
  14. [-] Açık devre veri ölçümünü başlatmak için tuşuna AÇIK basın. yük veri ölçüm tamamlandığında, soft anahtarı etiketi değişir [AÇIK] OPEN.
  15. Pozitif ve negatif uçları arasında bir bakır tel koyarak kısa fikstür.
  16. [-] Kısa devre veri ölçümünü başlatmak için tuşuna kısa basın. Yük veri ölçüm tamamlandığında, Kısa yumuşak tuş etiket değişir [AÇIK].
  17. fikstür için 100 Ω direnç sabitleyin. daha sonra anahtar X1 basın 100 girin yumuşak tuş DEĞER DEFINE sonra RESIST LOAD basın.
  18. YÜK tuşuna basın. Yük veri ölçüm tamamlandığında, yumuşak tuş etiket değişir [AÇIK] LOAD için. Şimdi kalibrasyon tamamlanır.
  19. Daha sonra sıcaklık odasına bütün aksamını koymak fikstür örnek koymak ve kapıyı kapatın.
  20. empedans analizörü panelindeki anahtar MEAS basın ve seçmek figure-protocol-25 .
  21. kontrol bilgisayarı kullanarak 20 ° C'ye odası sıcaklığını ayarlamak.
  22. bağlı bilgisayarda yüklü olan tablo yazılımını açınempedans analizörü okumak ve empedans analizörü rekor verileri.
  23. bilgisayarda bir yazılım kullanılarak kapasitans verilerini okuma ve dosyaya ölçülen sonuçları kaydetmek.
  24. Odanın kontrol paneli üzerindeki YUKARI tuşuna basarak 5 ° C'lik bir sıcaklık adım odası sıcaklığını değiştirin. kamara sıcaklığı sonra her bir sıcaklık artışında adımı yineleyin 3.23 stabil hale gelir.
  25. kenetli dielektrik sabiti sıcaklık bağımlılığını belirlemek figure-protocol-26 kapasitans neredeyse frekans bağımsız hale geldiği 35 MHz'de kapasitans değerini kullanarak paralel kapasitans formüle dayalı.
  26. sırasıyla 1 kHz ve 10 kHz başlangıç ​​ve durma frekansları sıfırlayın.
  27. Tekrarlayın numunenin düşük frekanslı kapasitesine sıcaklık bağımlılığını ölçmek için 3.21-3.24 adımları. ölçülen sonucu kaydedin.
  28. ücretsiz Diel sıcaklık bağımlılığını belirlemekectric sabit figure-protocol-27 1 kHz düşük frekanslı kapasitans kullanarak.
  29. aseton kullanılarak örnek yüzeyinde iletken gümüş boya çıkarın.
  30. poling z yönünde iki örnek yüzeyleri için iletken gümüş boya uygulayın.
  31. Yineleyin 3.3-3.28 adımları. kenetlenmiş ve ücretsiz dielektrik sabitleri sıcaklık bağımlılığını belirlemek, figure-protocol-28 ve figure-protocol-29 .

Oda sıcaklığı ve Mod Tanımlama de 4. Rezonans Frekansları Ölçüm

  1. Rezonans Frekansları ölçün.
    1. Iletim ve sadece örnek (Şekil 2) zıt köşelerinde kişileriyle RUS sisteminin alıcı dönüştürücüler arasına örnek koyun. kontaklar yüklenen yumuşak ilkbahar ve uygulanan basınç çok aydınlatabiliriz olduğunu unutmayınt, yeterli yerinde örnek tutun. Bu nedenle, herhangi bir hasar kişiler kaynaklanır.
    2. Dinamik rezonans sistemi (Şekil 2) ve buna bağlı bilgisayarı açın.
    3. Dinamik rezonans sisteminin kontrol arayüzünü çalıştırın. Başlangıç ​​frekansı f 1, 2 f stop sıklığını ve N tahsil edilecek veri noktalarının sayısını ayarlayın. / N az 0,1 kHz frekans çözünürlüğü sağlamak için - (f 2 1 f) böylece N seçin. Bu örnek için, 1 = 200 kHz, f 2 = 450 kHz ve N = 8,192 f ayarlayın.
    4. Oda sıcaklığında, bu frekans aralığında numunenin rezonans tayfı ölçülür ve bir dosyaya spektrumu kaydedin.
    5. bir dosyaya ölçülen sonucun ihracat ASCII veri.
    6. Bir veri komplo yazılımı ile ASCII verilerini açın. Karekod birinci ve ikinci sütun RESPO gerçek ve hayali kısımlarını temsilsırasıyla, NSE,.
  2. Ölçülen Rezonans Frekanslar için tekabül eden Modları belirlemek.
    1. Frekans-genlik eğrisi (Şekil 3) çizilir. zirveleri örnek frekansları rezonans karşılık gelmektedir.
    2. ölçülen oda sıcaklığı tam set tensör sabitleri kullanılarak rezonans frekanslarını hesaplayın. değerleri figure-protocol-30 , figure-protocol-31 , figure-protocol-32 adımda 2.4-2.8 belirlenmiştir. değerleri figure-protocol-33 ve figure-protocol-34 adımlar 3.25 ve 3.31 olarak belirlendi. Formülü ile kesme piezoelektrik sabit e 15 belirleyin: figure-protocol-35 . İlk giriş val tahminve ues figure-protocol-36 , figure-protocol-37 Birkaç örneklerinden kombine tekniği kullanılarak ölçülen malzeme sabitleri dayalı e 31 ve e 33. Her moda rezonans frekansının hesaplanması için denklemler Ref verilmiştir almaktadır. 6.
    3. Ölçülen rezonans frekansları için gelen modlarını belirlemek için bu ölçülen olanlarla hesaplanan rezonans frekansları karşılaştırın.
    4. bir tahmin değerleri Vary figure-protocol-38 , figure-protocol-39 E 31 ve e 33 iteratif ölçülen ve hesaplanan rezonans frekansları arasındaki toplam küresel hatayı en aza indirmek için. İstenilen doğruluk ulaşıldığında yineleme durur.

5. rezonans tayfı measuYüksek Sıcaklıklarda rement ve Tam Set Malzeme Sabitleri.Kayaların Sıcaklık Bağımlılığı Belirlenmesi

  1. Yüksek Sıcaklıklarda Numune Rezonans Frekanslar ölçün.
    1. Bir hava fırınında (Şekil 4) içine numune tutucu tertibatını koyun. RUS sistemine montaj bağlamak için fırın duvarda bir delikten iki yüksek sıcaklık koaksiyel kablo tellerini kullanın.
    2. Sadece numunenin zıt köşelerinde verici ve kişiler ile fırında zaten dönüştürücüler, alıcı arasındaki örnek koyun.
    3. gerçek sıcaklık okumak için numune yakın bir termokupl koyun. fırının dışındaki bir termometre termokupl bağlayın.
    4. fırın kapağını kapatın.
    5. RUS sisteminin kontrol arayüzü açın. 200 kHz ve 450 kHz, sırasıyla, ve 8,192 veri noktalarının sayısına başlangıç ​​ve durma frekansları ayarlayın.
    6. RUS sistem ölçüm yazılımı çalıştırın rezonans FRE ölçmekNumunenin ları, ve bir dosyaya sonuçları kaydedin.
    7. DT = 5 ° C arasında bir basamak ile numunenin sıcaklığını arttırır. İstenen sıcaklık elde edilene kadar 5.1.6 tekrarlayın. Farklı bir ad kaydedilen her dosyayı ver.
      Not: Üst sıcaklık sının bağlantı telleri ve güç çeviricileri tarafından belirlenir. Burada, RUS birimi 200 ° C'lik bir üst sıcaklık sınırına sahiptir.
  2. Tam Set Malzeme Sabitlerin Sıcaklık Bağımlılığı belirleyin.
    1. Tekrarlayın farklı sıcaklıklarda belirlenen her veri 4.1.5, 4.1.6 ve 4.2.1 numaralı adımları.
    2. Her rezonans frekansının modunu belirleyin. Bir sonraki sıcaklık T + DT için bir referans olarak T sıcaklığında tespit modlarını kullanın.
    3. Basit bir fonksiyonu her bir moda geçmek için ölçülen rezonans frekansı sıcaklık bağımlılığını monte (örneğin, bir doğrusal ya da ikinci dereceden bir fonksiyon) yazılımı çizme kullanılmıştır.
    4. uyum tam set malzeme sabitleri belirleyinRUS geri çözer kendinden yazılmış bir bilgisayar programı (Şekil 5, Şekil 6) kullanılarak her bir sıcaklıkta ted rezonans frekansları.
      Not: Tanımlanan modları Rezonans frekansları sayısal hesaplamalara giriş parametreleri olarak hizmet vermektedir. rezonans frekanslarına malzeme sabitleri belirlemek prosedürü sapması fonksiyonunun yerel Minimizer bulma doğrusal olmayan bir en küçük kareler sorun figure-protocol-40 , burada figure-protocol-41 Hesaplanan rezonans frekansı, figure-protocol-42 ölçülen sonuçları donatılmış rezonans frekansı ve w i ağırlık faktörüdür. ölçülen rezonans frekansları bilinmeyen malzeme sabitlerinin hesaplanması için bilgisayar kodu L (Levenberg-Mauquardt dayalı yazılı olduğuLM algoritması uygularken M) algoritması 8 ve MINPACK 9 bazı FORTRAN altprogram çağrıldı.
  3. Tam Set Malzeme Sabitleri.Kayaların Kendinden tutarlılığını kontrol edin.
    1. ücretsiz dielektrik sabitleri hesaplamak figure-protocol-43 ve figure-protocol-44 ve inversiyon sonuçları (Şekil 7) 10 doğrudan ölçülen olanlarla bunları karşılaştırmak.
    2. , Bunlar, örneğin, termodinamik kararlılık durum uyun olup olmadığını görmek için ayarlanmış elde edilen veriler Kontrol figure-protocol-45 PZT durumda.
    3. Kullanarak d 15 hesaplanmış değerlerini karşılaştırınız figure-protocol-46 , ve figure-protocol-47 Ve d 33 değerleri hesaplanmışkullanma figure-protocol-48 ve figure-protocol-49 .
      Not: Bu ilişkiler farklı simetrilerinin için farklı olacaktır, ancak prensip aynıdır. Bağıl hata öngörülen ve ölçülen büyüklükler arasındaki% 5'inden az olması durumunda, genel, sonuçlar kendi içinde tutarlı 11 olarak kabul edilecektir. Bir miktar farklı formüller 4,11 kullanılarak hesaplanır Bazı yayınlanan verilerde, hatta işareti yanlış olur.

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

Results

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

inversiyon kullanılan LM Algoritma yerel minimum bulucu. Bu nedenle, elastik sertlik sabitleri başlangıç ​​değerleri figure-results-1 , figure-results-2 , figure-results-3 , figure-results-4 , ve figure-results-5 Ve piezoelektrik sabitleri, e...

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

Discussion

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

Burada anlatılan RUS teknik böylece kendini tutarlılık garanti edilebilir numuneden numuneye mülkiyet değişimi kaynaklanan hataları ortadan kaldırır sadece bir örnek, kullanarak tam set malzeme sabitleri ölçebilirsiniz. bunlar piezoelektrik ya da değil yöntem olup, yüksek bir kalite faktörü Q bir katı madde için bir madde de kullanılabilir. Tüm diğer standart karakterizasyon teknikleri tam set veri almak için birkaç örnek gerektiren ve kendi içinde tutarlı veri elde etmek zordur.

İşte tam el...

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

Disclosures

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

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Acknowledgements

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

Bu çalışma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No. 11374245), Hibe No. P41-EB2182 kapsamında NIH, Çin'in Fujian Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı (Hibe No. 2013J01163) ve Çin Bilim Akademisi Devlet Anahtar Akustik Laboratuvarı Açık Araştırma Fonu (Hibe No. SKLA201306).

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
PZT-4TRS
parafinMTI Corporation8002-74-2
iletken gümüş boyaMG Kimyasalları842-20G
Al2< / sub>O3< / sub> TozMTI Corporation
kaplin gresiPanametrics

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Jaffe, B., Cook, W. R., Jaffe, H. Piezoelectric Ceramics. , Academic Press. (1971).
  2. 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).
  3. Haar, G. T., Coussios, C. High intensity focused ultrasound: physical principles and devices. Int. J. Hyperthermia. 23, 89-104 (2007).
  4. Topolov, V. Y. Comment on "Complete sets of elastic, dielectric, and piezoelectric properties of flux-grown [011]-poled Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-(28-32)% PbTiO3 single crystals". Appl. Phys. Lett. 96, 196101(2010).
  5. Li, S. Y., et al. Characterization of full set material constants of piezoelectric materials based on ultrasonic method and inverse impedance spectroscopy using only one sample. J. Appl. Phys. 114, 104505(2013).
  6. Ohno, I. Rectangular parallellepiped resonance method for piezoelectric crystals and elastic constants of alpha-quartz. Phys. Chem. Miner. 17, 371-378 (1990).
  7. Ogi, H., Kawasaki, Y., Hirao, M., Ledbetter, H. Acoustic spectroscopy of lithium niobate: Elastic and piezoelectric coefficients. J. Appl. Phys. 92, 2451(2002).
  8. Pujol, J. The solution of nonlinear inverse problems and the Levenberg-Manquardt method. Geophysics. 72, 1-16 (2007).
  9. Moré, J. J., Garbow, B. S., Hillstrom, K. E. User Guide for MINPACK-1. Argonne National Laboratories Report ANL-80-74. , (1980).
  10. Tang, L. G., Cao, W. W. Temperature dependence of self-consistent full matrix material constants of lead zirconate titanate ceramics. Appl. Phys. Lett. 106, 052902(2015).
  11. Topolov, V. Y., Bowen, C. R. Inconsistencies of the complete sets of electromechanical constants of relaxor-ferroelectric single crystals. J. Appl. Phys. 109, 094107(2011).
  12. Berlincourt, D., Krueger, H. H. A. Properties of Morgan Electroceramic ceramics. Technique publication TP-226. , Morgan Electroceramics. (2000).
  13. Migliori, A., Sarrao, J. L. Resonant ultrasound spectroscopy. , Wiley Press. (1997).
  14. Zadler, B. J., Le Rousseau, J. H. L., Scales, J. A., Smith, M. L. Resonant ultrasound spectroscopy: Theory and application. Geophys. J. Int. 156, 154-169 (2004).

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

Tags

Resonant Ultrasound SpectroscopyPiezoelectric Material ConstantsTemperature Dependence MeasurementPZT 4 Ceramic SampleElastic Constants AnalysisDielectric Constants ComparisonPiezoelectric Constants CalculationImpedance Analyzer SetupDynamic Resonance SystemSelf Consistent Data Validation

Related Articles