新型2-2压电单晶复合材料的制备与性能分析

作     者：万瑶 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王高峰;李丽丽

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：2-2型压电复合材料 PIMNT单晶 机电耦合系数 声学匹配 

摘      要：压电材料有着能量转换的特性,常被用来制作换能器,实现机电信号的转换。近年来,三元系压电单晶Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-Pb Ti O3(PIMNT)作为性能优异的压电材料得到广泛的研究。较之传统的压电陶瓷和压电薄膜,PIMNT压电单晶在压电性能和机电耦合性能上的优势明显,但也存在着声学匹配性能上的劣势,且机械强度低。借鉴压电陶瓷复合材料的经验,本文选取PIMNT压电单晶与EPO-TEK301-2环氧树脂进行复合,将有限元分析与实验制备结合起来,制备、测试分析了不同体积分数、不同宽高比和不同样品厚度的2-2型压电单晶复合材料,表现出高机电耦合性能(k75%)和低声阻抗(Z0.25时,横向振动模式等有害模式逐渐增多。复合材料样品厚度主要影响其正反谐振频率,且厚度越大,正反谐振频率越低。(2)切割-填充法制备并测试不同体积分数的2-2型压电单晶复合材料。结果表明,在复合材料厚度、宽高比不变条件下,随着体积分数的增加,复合材料的压电性能和机电耦合性能呈近线性增长状态,声学匹配性能降低。(3)切割-填充法制备并测试不同宽高比的2-2型压电单晶复合材料。结果表明,在复合材料厚度、体积分数不变条件下,随着宽高比的增加,复合材料的各项性能未发生显著变化,且在宽高比0.1-0.25范围内,维持纯净的厚度振动模式。(4)切割-填充法制备并测试不同厚度的2-2型压电单晶复合材料。结果表明,在单晶宽高比、体积分数不变条件下,随着样品厚度的增加,复合材料的性能变化微小但其正反谐振频率逐步减小,与样品厚度大致呈反比状态。