[01529355]串并联压电复合材料及其换能器

该项目是国家自然科学基金支持项目，属敏感电子学领域。其包括串并联系列压电复合材料及用该材料设计制作的水换能器，主要用于水声及超声探测、医疗成像等领域。　　众所周知，压电复合材料因其具有机电耦合系数高、特性阻抗低、密度小等特点，广泛用于声波的接收、发射，超声成像等。该项目针对水声探测的应用，研制开发了一种新型的串并联系列压电复合材料。　　主要研究内容：　　（1）采用串并联复合结构，将压电陶瓷柱阵列浇注环氧树脂，制备串并联(1-3-2型)压电复合材料，该材料既保持了现行压电复合材料机电耦合系数高、特性阻抗低的特点，又具有横向耦合小、宽带的特性。　　（2）应用切割技术，将1-3-2型压电复合材料切割成多个基元，每个基元为陶瓷/环氧树脂构成，在基元之间填充去藕橡胶，制备陶瓷/环氧树脂/橡胶三相多基元压电复合材料，该材料的基元保持了1-3-2型压电复合材料的特性，各基元又有一致性好，基元之间的振动传递小，可独立驱动发射声波的特点。　　（3）采用切槽深度周期性变化的切割技术，制备陶瓷柱高度成周期排列的瓷柱阵列，在阵列中浇注环氧树脂，研制多模宽带压电复合材料。由于压电瓷柱的高度成周期分布，导致复合材料的振动模态成为多模振动的耦合，控制切槽深度的变化，使复合材料的多模谐振频率适量递增(或减)，由于参差调谐效应，耦合叠加后的谐响应曲线(多模振动的包络)的带宽可大大增加，可使复合材料的带宽较等高度瓷柱的提高3～5倍。　　（4）用串并联压电复合材料组成线列阵，研制灵敏度高、宽带、定向接收和发射的线阵水声换能器，由于阵元之间采用横向去藕技术，电路上并联连接，大幅度提高了换能器的灵敏度。　　（5）采用串并联压电复合材料作为敏感材料，复合材料薄片粘贴在桶状金属壳底(压力敏感面)上，内置前置放大器，研制出灵敏度高、响应快、检测微小动态压力的脉动压力传感器。 　　该项目先后得到国家自然科学基金、北京市自然科学基金重点项目等三次立项资助。项目的基础研究包括复合材料工作机理研究、振动模态仿真计算、等效性能参数及共振频率方程理论建模。应用研究包括复合材料换能器的结构设计、制备工艺、信号处理等。　　该项目相关技术申请发明专利5项(已授权4项)，成果经过三次技术鉴定，其中“串并联压电复合材料及其换能器”鉴定为国际先进水平。目前串并联压电复合材料已形成系列产品，并已在水下声纳的收发系统、超声探测、振动冲击检测等方面获得应用，近3年产品的订货合同额达360.45万元。