PMNT單晶聲表面波和蘭姆波傳播特性及其激光超聲測(cè)量.pdf

1、與傳統(tǒng)壓電材料相比，新型弛豫鐵電單晶具有更優(yōu)越的壓電性能和機(jī)電性能，因此在近些年受到了廣泛的關(guān)注。隨著研究的深入和單晶制備水平的提升，鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛單晶(PMN-PT)越來(lái)越廣泛的用于換能器、傳感器等電子器件的制作。近相界PMN-0.29PT單晶具有良好的壓電性能和穩(wěn)定性，可能成為聲表面波和蘭姆波器件的主要材料。目前，激光超聲技術(shù)主要應(yīng)用于無(wú)損檢測(cè)，激光聲表面波技術(shù)較為純熟，而近年來(lái)，激光激發(fā)低階模式的蘭姆波也越來(lái)越受到相關(guān)領(lǐng)域的重視

2、，在薄層材料的無(wú)損檢測(cè)中得到了很大的發(fā)展。本文主要研究Z-cut沿[001]c方向極化的PMN-0.29PT單晶聲表面波和蘭姆波的傳播特性，并創(chuàng)新性的應(yīng)用激光超聲技術(shù)對(duì)沿不同方向傳播的PMN-0.29PT單晶聲表面波和零階模式的蘭姆波進(jìn)行了檢測(cè)。
　　首先，利用共振-超聲聯(lián)合法測(cè)量了[001]c方向極化的PMN-0.29PT單晶的全矩陣參數(shù)，作為后續(xù)研究中理論計(jì)算的基礎(chǔ)，單晶樣品的壓電常數(shù)d33=1580pC/N，機(jī)電耦合系數(shù)k3

3、3達(dá)到了90％。
　　利用壓電材料的克里斯托夫方程，結(jié)合聲表面波的性質(zhì)和其傳播滿足的邊界條件，數(shù)值計(jì)算了表面短路狀態(tài)和表面開(kāi)路狀態(tài)沿不同傳播方向的PMN-0,29PT單晶聲表面波相速度，并利用相速度隨角度變化的關(guān)系得到其機(jī)電耦合系數(shù)和能流角與聲表面波傳播方向的關(guān)系。聲表面波相速度滿足4mm對(duì)稱性，并且在θ=45o時(shí)，傳播速度有最小值v=860m/s。搭建了基于反射原理的激光超聲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)Z-cut沿[001]c方向極化的PMN-

4、0.29PT單晶聲表面波進(jìn)行了測(cè)量，傳播方向θ=15°，聲表面波的相速度v=1563m/s，與理論計(jì)算值相符。
　　利用克里斯托夫方程，并利用坐標(biāo)變換，計(jì)算了沿不同傳播方向的PMN-0.29PT單晶零階對(duì)稱模式(S0)和反對(duì)稱模式(A0)蘭姆波相速度與聲波頻率和樣品厚度之積(f·d)的關(guān)系。隨著傳播角度的增加，蘭姆波相速度變大，在θ=45°方向，蘭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聲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)量沿不