PMNT及其在水声换能器中的应用.pdfVIP

2004年第 1期 声学与电子工程 总第 73期 PMNT及其在水声换能器中的应用 1 1 2 1 1 孟 洪 俞宏沛 罗豪甦 刘继伍 李建成 （1第七一五研究所 杭州 310012;2中国科学院上海硅酸盐研究所 上海201800） 摘要 本文阐述了弛豫铁电单晶PMN-PT 、PZN-PT 材料的性能特征及其在国内外水声领域应用的 现状和发展趋势。并利用上海硅酸盐研究所提供的PMN-PT 元件设计制作了单晶纵振换能器、厚度模换 能器及加速度计。通过对PMNT 换能器性能测试数据的分析，得到了一些较有意义的结论。 关键词 弛豫铁电单晶 PMN-PT PZN-PT 纵振换能器 厚度模换能器 偏电场 1引言 2弛豫铁电单晶材料性能 换能器的发展是与功能材料的研究密切 大尺寸高质量的弛豫铁电单晶 PMNT 和 相关，20 世纪五十年代水声换能器所用的有功 PZNT 的生长成功，是铁电领域里的一项重大 材料大多是单晶的，其后被多晶钛酸钡进而为 突破。弛豫铁电单晶材料以其优异的压电性能 锆钛酸铅PZT 所取代。直到九十年代出现了弛 引起了国际上的极大关注，其压电系数 d33、 豫铁电单晶PMN-PT 和PZN-PT 才动摇了多晶 机电耦合系数 k33 分别高达 2000pC/N 和 0.9 压电陶瓷的统治地位。 以上，应变量达到1.7%，机电转换效率和应变 弛豫铁电单晶材料族铌镁酸铅/ 钛酸铅 量大大超过了现有PZT 压电陶瓷材料，特别适 （PMN -PT ）和铌锌酸铅/钛酸铅（PZN -PT ）是 合于高效率、高灵敏度收发换能器的研制。为 一种新型复合钙钛矿型晶体材料。它具有较高 此，1997 年3 月《Science 》杂志发表专文对这 的33 振模耦合系数和大的饱和应变，因此有望 类新型弛豫铁电单晶体材料作了评述，认为这 展宽换能器及基阵的工作频带，且功率容量也 是半个世纪以来铁电材料领域的重大突破，美 很大。目前已引起各国海军声纳界极大的兴趣。 国海军认为这将给海军水中装备性能带来革命 美国国防尖端研究项目署投入数千万美元重点 性的变化。 开发新型弛豫铁电单晶及其在水声换能器中的 应用。 表 1小信号下PMNT单晶和 PZT陶瓷的性能比较 参数 Y33E Y33D g33 d33 k33 FOM(gd) FOM(gd/tan