آنالیز مشخصات ارتعاشی پیزوکامپوزیت بر پایه PMN-PT

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه فیزیک ، دانشگاه پیام نور، تهران ، ایران

2 مجتمع دانشگاهی هوادریا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این مقاله ویژگی‌های پیزوکامپوزیت‌های 3-1 بر پایه تک کریستال های رلاکسور PMN-PT ، با درصدهای مختلف PT مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور پارامترهای ضریب جفت شدگی الکترومکانیکی، سرعت طولی و امپدانس مشخصه آکوستیکی به کمک مدل پارامترهای موثر محاسبه و مورد مطالعه قرار گرفت. مشاهده شد تغییر درصد PT، تاثیر قابل توجهی بر کمیت‌های یاد شده دارد. به عنوان مثال با تغییر درصد PT می توان ضریب جفت شدگی الکترومکانیکی را به بیش از 90 درصد افزایش داد. علاوه بر این با استفاده از مقدار مناسب کسر حجمی تک بلورها می توان سرعت طولی و امپدانس مشخصه آکوستیکی را به میزان زیادی کاهش داد، به گونه‌ای که نشان داده شد با استفاده از تک کریستال PMN-0.33PT در کسر حجمی 0.4 می توان به سرعت طولی m/s 3300 و امپدانس مشخصه آکوستیکی MRayl 1.3 دست پیدا کرد، در حالی که ضریب جفت شدگی نزدیک به 90 درصد می رسد. با توجه به نتایج بدست آمده دیده شد که تغییرات پارامترهای عملکردی پیزوکامپوزیت 3-1 بر پایه تک کریستال‌های PMN-PT نسبت به درصد PT به صورت خطی نبوده است و لزوما با کاهش و یا افزایش درصد PT مقادیر ضریب جفت شدگی الکترومکانیکی، سرعت طولی و امپدانس مشخصه آکوستیکی کاهش یا افزایش پیدا نمی کند و باید با بررسی درصدهای مختلف PT نقطه بهینه را با توجه به کاربرد مورد نظر به شکل مناسب پیدا کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis of vibration characteristics of piezocomposite based on PMN-PT

نویسندگان [English]

  • Bentolhoda Amanat 1
  • Mahdi Khalilazad 2
1 Department of Physics, Payame Noor University, Tehran, Iran
2 Faculty of Naval Aviation, Malek Ashtar University of Technology, Iran
چکیده [English]

In this article, the characteristics of 1-3 piezocomposites based on PMN-PT relaxor single crystals with different percentages of PT were investigated. For this purpose, parameters of electromechanical coupling coefficient, longitudinal velocity and acoustic characteristic impedance were calculated and analyzed with the help of effective parameters model. It was observed that the change of PT percentage has a significant effect on the mentioned quantities. For example, by changing the percentage of PT, the electromechanical coupling coefficient can be increased to more than 90%. In addition, by using the appropriate amount of volume fraction of single crystals, it is possible to greatly reduce the longitudinal velocity, and therefore the characteristic acoustic impedance, as shown by using PMN-0.33PT single crystal in volume fraction. 0.4, a longitudinal velocity of 3300 m/s and an acoustic characteristic impedance of 1.3 MRayl can be achieved, while the coupling coefficient is close to 90%. According to the obtained results, it was seen that the changes in the functional parameters of 1-3 piezocomposite based on PMN-PT single crystals were not linear in relation to the percentage of PT, and necessarily with the decrease or increase in the percentage of PT, the values of electromechanical coupling coefficient, longitudinal velocity and the characteristic acoustic impedance does not decrease or increase, and the optimal point should be found by examining different percentages of PT according to the desired application.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Piezocomposite
  • electromechanical coupling coefficient
  • piezoelectric
  • PMN-PT

مراجع

 
[1] Ballato A. Basic Material Quartz and Related Innovations. In: Heywang W, Lubitz K, Wersing W, editors. Piezoelectricity: Evolution and Future of a Technology. Berlin, Heidelberg: Springer; 2008.
[2] Panda PK, Sahoo B. PZT to Lead Free Piezo Ceramics: A Review. Ferroelectrics. 2015 Jan 2;474(1):128–43.
[3] Jain A, K. J. P, Sharma AKr, Jain A, P.n R. Dielectric and piezoelectric properties of PVDF/PZT composites: A review. Polymer Engineering & Science. 2015;55(7):1589–616.
[4] Ueberschlag P. PVDF piezoelectric polymer. Sensor Review. 2001 Jun 1;21:118–26.
[5] Wang H, Li Y, Hui H, Rong T. Analysis of electromechanical characteristics of the 1-3-2 piezoelectric composite and 1-3-2 modified structural material. Ceramics International. 2022 Aug 1;48(15): 22323-22334.
[6] Xu TB. Review on PMN-PT Relaxor Piezoelectric Single Crystal materials for cryogenic actuators. In: AIAA SCITECH 2022 Forum. 2022. p. 2240.
[7] Baasandorj L, Chen Z. Recent Developments on Relaxor-PbTiO3 Ferroelectric Crystals. Crystals. 2022 Jan;12(1):56.
[8] Lv J, Xie X, Zhu X, Li Z, Han Z, Cui Y, et al. Cold ablated high frequency PMN-PT/Epoxy 1-3 composite transducer. Applied Acoustics. 2022 Jan 1;188:108540.
[9] Zhu K, Ma J, Liu Y, Shen B, Huo D, Yang Y, et al. Increasing Performances of 1–3 Piezocomposite Ultrasonic Transducer by Alternating Current Poling Method. Micromachines. 2022 Oct;13(10):1715.
[10] Yamada K, Yamazaki D, Nakamura K. Broadband ultrasound transducers using a plate with a graded piezoelectric constant formed by an internal temperature gradient. In: 2000 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings An International Symposium. 2000. p. 1017–20 vol.2.
[11] Wong CM, Chen Y, Luo H, Dai J, Lam KH, Chan HL wa. Development of a 20-MHz wide-bandwidth PMN-PT single crystal phased-array ultrasound transducer. Ultrasonics. 2017 Jan 1;73:181–6.
[12] Li H, Li YC, Zhou D, Peng J, Luo HS, Dai JY. Application of PMNPT single crystal in a 3.2 MHz phased-array ultrasonic medical imaging transducer. In: 2007 Sixteenth IEEE International Symposium on the Applications of Ferroelectrics. 2007. p. 572–4.
[13] Smith WA, Auld BA. Modeling 1-3 composite piezoelectrics: thickness-mode oscillations. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 1991 Jan;38(1):40–7.
[14] Cao H, Schmidt VH, Zhang R, Cao W, Luo H. Elastic, piezoelectric, and dielectric properties of 0.58Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.42PbTiO3 single crystal. Journal of Applied Physics. 2004 Jul;96(1):549–54.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار