壓電復(fù)合材料的現(xiàn)狀與展望 (2).pdf

《壓電復(fù)合材料的現(xiàn)狀與展望 (2).pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、萬方數(shù)據(jù)文章編號(hào)：100l一973l(2000J05一0456一04壓電復(fù)合材料的現(xiàn)狀與展望’甘國(guó)友，嚴(yán)繼康，孫加林，陳敬超，張家濤(昆明理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系，云南昆明650093)摘要：由壓電陶瓷相和聚合物相組成的壓電復(fù)合材料是本世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種多用選功能復(fù)合材料。由于柔-雎聚合物相的加入．壓電復(fù)合材料的密度(P)、聲阻抗(z)、舟電常數(shù)(E)都降低了；而復(fù)合材料的優(yōu)值(以gh)扣機(jī)電耦舍系數(shù)(女，)卻提高了，這使壓電復(fù)合材料能在水聽器、生物匪學(xué)成像、無損檢測(cè)、倍感器等諸多方面被廣泛地用作挾能囂。本文

2、對(duì)壓電復(fù)合材料的發(fā)展、現(xiàn)狀、展望及其性能影響目素作了概述。由于l3型復(fù)合材料有較好的性能，所咀著重?cái)⑹隽怂奶攸c(diǎn)。本文最后計(jì)論了壓電復(fù)合材料的設(shè)計(jì)原則。關(guān)鍵詞：壓電陶瓷：聚合物；壓電復(fù)臺(tái)材料中圖分婁號(hào)：TB332文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1引言壓電陶瓷的強(qiáng)壓電性在水聽器的應(yīng)用中未能得到有效的發(fā)揮，作為水聽器應(yīng)用的壓電材料要求有較大的靜永壓壓電常數(shù)：P。：壺一墊型￡3{e33但是．壓電陶瓷的dz。與如，符號(hào)相反，而且凼t近似為d”的一半，加之鼬很大．這就使得壓電陶瓷的gn非常小。其次．水聽器材料還要求柔軟彎曲，耐機(jī)械沖擊，其聲阻抗

3、易于和水匹配等優(yōu)良的特性。PzT的聲阻抗大約為30Mr8yi，而人體組織和水的聲阻抗約為1．5Mrayl。如果換能器的聲阻抗與負(fù)載不匹配，那么在界面處的反射損耗會(huì)很大．換能器與負(fù)載耦臺(tái)很差．表現(xiàn)出來就是頻帶窄、高Q皿、緩慢的脈沖時(shí)間、較差的分辨率和靈敏度gj。為滿足以上要求，開發(fā)壓電材料有兩個(gè)途徑：一是尋找單一材料．比如壓電高聚物聚偏二氟乙烯(PVDF)口]}另一途徑用壓電陶瓷與空氣或聚合物復(fù)合‘““。PzT與空氣的復(fù)合是多孔壓電陶瓷；PzT與聚舍物復(fù)合為壓電復(fù)臺(tái)材料o]。壓電復(fù)合材料中的聚合物基體削弱了d”與da．

4、之間的耦合．使鞏增加，而鼬較低，所以凰大大提高；同時(shí)由于聚臺(tái)物相的引人使復(fù)合材料的密度和聲阻抗較低而易與水、空氣或人體組織匹配，而滿足水聽器的要求”]。為改善水聽器靈敏度而開發(fā)的不同連接類型的壓電復(fù)合材料也適于制作高頻醫(yī)療診斷、無損檢測(cè)、壓電傳感器的換能器。有關(guān)壓電復(fù)合材料的分類、成型工藝、應(yīng)用以及性能已有專文論述卜”]．本文不再重復(fù)。本文主要討論壓電復(fù)合材料的發(fā)展、現(xiàn)狀、展望、性能影響因素、l一3復(fù)合材料的特點(diǎn)和壓電復(fù)合材料的設(shè)計(jì)原則。2發(fā)展及現(xiàn)狀1972年．日本的北山一中村試制了PVDF—BaTi03的柔性·收稿

5、日期：1999一06—16456復(fù)合材料，開創(chuàng)了壓電復(fù)合材料的歷史。70年代中后期．美國(guó)賓州大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)室開始研究壓電復(fù)臺(tái)材料在水聲中的應(yīng)用，并研制了l一3型壓電復(fù)合材料。RENewnham、DPskinner、KAK1icker、TRGururaja和HPsavakus等人進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作．測(cè)試了不同體積含量的壓電復(fù)合材料的特性m”]。80年代初以后，美國(guó)加州斯坦福大學(xué)的BAAuld、Ywa職等人建立了PzT柱周期排列的l一3型壓電復(fù)合材料的理論模型、并分析了其中的橫向結(jié)構(gòu)模。美國(guó)紐約菲利浦實(shí)驗(yàn)室的w

6、Asmith等人也做了與上類似的工作。與此同時(shí)．以及隨后幾年，許多國(guó)家也相繼開展了壓電復(fù)臺(tái)材料的研究．如澳大利亞的LwChan等、日本的HiroshiTakeuchi等。一些研究工作者還利用壓電復(fù)合材料制作了換能器。如日本的ChltoseNa—l【aya等、英國(guó)的GHayward和RHam-lton等人。壓電復(fù)合材料的出現(xiàn)引起了國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。主要有中科院聲學(xué)所的莊永繆等研制出用于制作寬帶換能器的3～3型復(fù)合材料．南京大學(xué)的水永安等參與制作了l3型復(fù)合材料的理論研究工作．北京大學(xué)的欒桂冬等用O一3型復(fù)音材料制

7、作了水聽器．中科院聲學(xué)所的耿學(xué)倉等研制出了1—3型和2～2型復(fù)合材料，并制作了用于無損檢測(cè)水浸探傷和巖性測(cè)量的縱波、橫渡換能器等c“]。在各種壓電復(fù)臺(tái)材料中．研究得最深入、應(yīng)用得最廣泛的是l一3型壓電復(fù)合材料。3展望壓電復(fù)合材料出現(xiàn)至今，對(duì)它的研究和應(yīng)用已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，但它畢竟還是一個(gè)新生事物．它的完整理論還沒有建立起來，它的應(yīng)用開發(fā)更是沒有充分挖掘出來。當(dāng)前，壓電復(fù)合材料有如下發(fā)展趨勢(shì)。3．1開發(fā)連接類型按壓電陶瓷相和聚合物相在復(fù)合材料中的分布狀態(tài)，可將壓電復(fù)合材料分成lO種連接類型o]。為了實(shí)際應(yīng)用和器件小型

8、化，一些混合連接類型和新連接類型的復(fù)合材料被開發(fā)出來。常長(zhǎng)久等將并聯(lián)2—2切割后按45℃方向拼接制成了面切變型壓電復(fù)合材料及其換能器m】．另外他們將具有厚度模振動(dòng)的1～3型和具有扭轉(zhuǎn)模振動(dòng)的2—2型拼接在一起．構(gòu)成了一種新型的混合模式的壓電復(fù)合材料，由這種復(fù)合材料制成的換能器能同時(shí)發(fā)射和接收縱波和橫渡【l“。通過一種含有空腔的金屬電極與壓電陶瓷