【摘 要】
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新型弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)的压电常数、机电耦合系数和应变量均远超过目前广泛应用的各类压电陶瓷,成为了制作新一代高效率、高灵敏度压电超声换能器、传感器、驱动器和致动器的理想材料,在医学超声成像、水下声呐探测以及各种声波和微波器件等领域具有广阔的应用前景。PMN-PT单晶及其层状结构的波动性能是实现压电器件电声换能、传感和驱动的重要基础,因此,研究弹性波在其中的传播是推广应用该类
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新型弛豫铁电单晶铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)的压电常数、机电耦合系数和应变量均远超过目前广泛应用的各类压电陶瓷,成为了制作新一代高效率、高灵敏度压电超声换能器、传感器、驱动器和致动器的理想材料,在医学超声成像、水下声呐探测以及各种声波和微波器件等领域具有广阔的应用前景。PMN-PT单晶及其层状结构的波动性能是实现压电器件电声换能、传感和驱动的重要基础,因此,研究弹性波在其中的传播是推广应用该类新材料必须解决的关键问题,具有重要的理论意义和应用价值。然而,在单晶的生长和加工过程中不可避免地形成不平表面或粗糙表面,层状结构则导致不平界面或粗糙界面,对不平表界面进行建模、模拟并研究其对弹性波传播特性的影响可为压电器件的设计应用和性能优化提供借鉴,基于此,本论文拟围绕含起皱表界面的层状结构中的几类弹性波开展研究,主要内容和结果如下:研究周期性弱起皱对PMN-0.29PT单晶层状结构和双材料板中几类弹性波传播特性的影响。PMN-0.29PT单晶沿[011]_c方向极化,属于正交晶系mm2点群。利用弱余弦谐波描述结构表面和交界面的周期性弱起皱,推导了层状结构表面电学开路和电学短路条件下,Love波、Rayleigh波和Lamb波的频散关系。讨论了起皱波幅参数、起皱波数参数、位置参数以及电学边界条件对各类弹性波相速度和频散特性的影响。结果表明,起皱波幅参数对弹性波在结构中传播特性的影响起主要作用,特别是在低频小波数范围内,上表面起皱波幅参数对弹性波相速度具有明显的增益作用,在一定范围内呈正相关性,起皱波幅参数越大则弹性波相速度越大。而界面起皱由于减弱了层状结构界面的刚度,因而降低了弹性波的传播速度。相对于起皱波幅参数,起皱波数参数和位置参数对弹性波传播特性的影响较小,特别是对Love波和Rayleigh波的影响非常微弱,随着无量纲波数增大,对相速度的影响逐渐消失。以上结果可为压电行波放大器、分布反馈振荡器以及移相器和延迟线等相位调节装置的参数配置和优化提供理论基础,同时为层状结构声波和微波器件的表界面结构设计和性能调控提供帮助。
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