PMNT单晶声表面波和兰姆波传播特性及其激光超声测量

发布时间：2017-11-07 10:12

  本文关键词：PMNT单晶声表面波和兰姆波传播特性及其激光超声测量

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【摘要】：与传统压电材料相比,新型弛豫铁电单晶具有更优越的压电性能和机电性能,因此在近些年受到了广泛的关注。随着研究的深入和单晶制备水平的提升,铌镁酸铅-钛酸铅单晶(PMN-PT)越来越广泛的用于换能器、传感器等电子器件的制作。近相界PMN-0.29PT单晶具有良好的压电性能和稳定性,可能成为声表面波和兰姆波器件的主要材料。目前,激光超声技术主要应用于无损检测,激光声表面波技术较为纯熟,而近年来,激光激发低阶模式的兰姆波也越来越受到相关领域的重视,在薄层材料的无损检测中得到了很大的发展。本文主要研究Z-cut沿[001]c方向极化的PMN-0.29PT单晶声表面波和兰姆波的传播特性,并创新性的应用激光超声技术对沿不同方向传播的PMN-0.29PT单晶声表面波和零阶模式的兰姆波进行了检测。首先,利用共振-超声联合法测量了[001]c方向极化的PMN-0.29PT单晶的全矩阵参数,作为后续研究中理论计算的基础,单晶样品的压电常数d33=1580pC/N,机电耦合系数k33达到了90%。利用压电材料的克里斯托夫方程,结合声表面波的性质和其传播满足的边界条件,数值计算了表面短路状态和表面开路状态沿不同传播方向的PMN-0,29PT单晶声表面波相速度,并利用相速度随角度变化的关系得到其机电耦合系数和能流角与声表面波传播方向的关系。声表面波相速度满足4mm对称性,并且在θ=45o时,传播速度有最小值v=860m/s。搭建了基于反射原理的激光超声实验系统,对Z-cut沿[001]c方向极化的PMN-0.29PT单晶声表面波进行了测量,传播方向θ=15°,声表面波的相速度v=1563m/s,与理论计算值相符。利用克里斯托夫方程,并利用坐标变换,计算了沿不同传播方向的PMN-0.29PT单晶零阶对称模式(S0)和反对称模式(A0)兰姆波相速度与声波频率和样品厚度之积(f·d)的关系。随着传播角度的增加,兰姆波相速度变大,在θ=45°方向,兰姆波相速度有最大值v=1984m/s。搭建了基于干涉原理的激光超声实验系统,测量沿不同方向传播的对Z-cut沿[001]c方向极化的PMN-0.29PT单晶兰姆波相速度,激光激发兰姆波的中心频率为2-3MHz,在θ=45°,兰姆波的相速度v=2160m/s。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB551;TN249;O73

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本文编号：1151958