1—3型压电复合材料

1-3型压电复合材料的制备与物性的研究压电复合材料是指由压电陶瓷材料和有机聚合物材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的功能材料。

由于压电复合材料同时具备聚合物相和压电相的优点而被广泛的研究,其在医学超声探头和水声换能器中都有着重要的应用。

1-3型压电复合材料的连通方式为一维连通的压电陶瓷平行的镶嵌在三维连通的聚合物基体中,其声阻抗远小于压电陶瓷材料。

因而,用复合材料制作的换能器更容易与水和人体组织匹配。

制备1-3型压电复合材料的方法有切割-填充法、脱模法等,其中切割-填充法操作简单、成本低,并且可以根据需要控制复合材料中陶瓷柱的宽度与间隔,因此被广泛的用于复合材料的制备。

本论文利用切割-填充法制备了陶瓷相的体积比不同的1-3型PZT-Epoxy压电复合材料和陶瓷相的体积比为31%的1-3型BCZT-Epoxy压电复合材料,并对其超声物性展开了研究。

主要结果如下:(1)研究了陶瓷相的体积比对1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料的压电常数、声阻抗等物性的影响,并探讨了材料的纵横比对复合材料的厚度机电耦合系数kt的影响。

实验制备了陶瓷相的体积比分别为25%、31%和40%的压电复合材料。

研究发现复合材料的声阻抗Z和压电常数d33都随陶瓷相的体积比的增加而增大,实验制备的复合材料的声阻抗的最小值和压电常数的最大值分别为10.2Mrayl、317pC/N。

与PZT43陶瓷材料相比,复合材料的厚度机电耦合系数kt 提高、介电常数εr降低,但是介电损耗tanδ增加、机械品质因子Qm比PZT43陶瓷降低了 2个数量级。

在-50℃-150℃的测试区间内,实验制备的压电复合材料的厚度机电耦合系数kt都具有较好的温度稳定性,并且kt随着复合材料样品的厚度的增加呈现先增加后减少的趋势,在纵横比约为3时kt取得最大值。

陶瓷相的体积比为31%的1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料在厚度为1.4mm时的物性分别为:d3= 273pC/N,Z=11 Mrayl,kt=0.66,Q =4.1 εr= 410,ta =0.03。

1-3型压电复合材料及换能器研究的开题报告您好，以下是一份可能的开题报告模板，供参考：开题报告一、选题背景和意义1-3型压电复合材料是一种重要的压电材料，由于其高压电性能和良好的机械性能，在传感器、换能器、振动控制等领域有广泛的应用。

近年来，研究人员提出了多种制备方法和改进技术，以进一步提高材料的性能。

换能器是一种将电能和机械能相互转换的装置，其中压电换能器以其高效率和稳定性，被广泛应用于声波、超声波、声光、光电等领域。

研究压电复合材料作为换能器材料，可以为开发高性能、低成本的压电换能器提供理论和技术支持。

二、研究目标和内容本项目旨在研究1-3型压电复合材料及其在压电换能器中的应用，具体目标和内容包括：1. 探究不同种类的1-3型压电复合材料的制备工艺和性能，比较其优缺点；2. 分析1-3型压电复合材料的微观结构和性能之间的关系，以揭示材料的基本特性；3. 设计和制备基于1-3型压电复合材料的压电换能器，探究其灵敏度、响应速度、频率响应等性能；4. 对比不同种类的压电换能器的性能，探究压电复合材料在换能器中的优势和不足。

三、研究方法和技术路线1. 利用模拟软件建立1-3型压电复合材料的微观结构模型，分析材料的力学特性；2. 通过溶胶-凝胶法、烧结法等制备1-3型压电复合材料样品，对其压电性能、机械性能和微观结构进行测试和分析；3. 设计并搭建压电换能器实验平台，测量其电学、机械性能，比较不同种类压电换能器在响应速度、频率响应等方面的性能差异；4. 运用统计学方法分析压电复合材料和压电换能器的性能数据，得出结论和预测。

四、预期成果1. 详细研究和分析不同制备方法下1-3型压电复合材料的微观结构和性能，为高性能压电材料的研发提供理论指导和技术支持；2. 探究1-3型压电复合材料在压电换能器中的应用，为压电换能器的设计和制备提供重要的实验基础和理论依据；3. 比较不同种类压电换能器的性能差异，为压电换能器的研究和开发提供重要的参考和指导。

型球形压电陶瓷复合材料换能器设计［LI X L，TENG C，ZHOU Y.Design of 1-3 Spherical Piezoelectric Ceramic Composite Tranducer［DOI：10. 16311/j. audioe. 2020. 08. 020型球形压电陶瓷复合材料换能器设计李晓雷，滕 超，周 瑜中国电子科技集团公司第三研究所，北京型球形压电陶瓷复合材料换能器。

采用切割型球形压电陶瓷复合材料制作球形换能器，波束角可达44°，可实现高频宽波束发射。

Design of 1-3 Spherical Piezoelectric Ceramic Composite TranducerLI Xiaolei, TENG Chao, ZHOU Yu(The 3th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100015, China)A 1-3 spherical piezoelectric ceramic composite transducer was designed by using finite element software. 1-3 spherical piezoelectric ceramic composites were prepared by cutting-pouring-forming method and their properties were tested. The spherical transducer is made of 1-3 spherical piezoelectric ceramic composite material and measured by the test system. The results show that the biggest transmitting voltage response of the transducer can reach 156 dB, and the -3 dB beam angle can reach 44wide beam transmission in the working frequency range.1-3 spherical piezoelectric ceramic composite; transducer; wide beam压电复合材料是将压电陶瓷相和聚合物相按一定的体积或重量比例和一定的空间几何分布复合而成的。

压电复合材料摘 要: 从压电材料的压电效应入手, 介绍了压电材料的分类及结构组成。

针对不同压电材料在生产实践中的应用情况, 列出现阶段压电材料的制备技术。

综述了近年来压电材料的研究现状, 并系统介绍了压电材料在各个领域的应用和发展。

关键词：压电材料；压电效应；制备工艺；应用Abstract: This paper begins with the piezoelectric effect and introduces the classification and structure of piezoelectric materials. Considering the application of different piezoelectric materials in the production practice, preparative techniques of piezoelectric material in the current stage are listed. Research actuality of piezoelectric materials is summaried. Application and development of the piezoelectric materials in various Fields are also introduced systematically.Keywords: piezoelectric material; piezoelectric effect; preparative technique; application1.引言自20世纪出现压电材料以来, 因其独特性能,逐渐成为材料领域中的重要组成部分。

随着电子、导航和生物等高技术领域的发展, 人们对压电材料性能的要求越来越高。

目前, 研究和开发压电材料主要是从老材料中发掘新效应, 开拓新应用; 从控制材料组织和结构入手,运用新工艺制备各种新型压电材料。

功能复合材料的研究和应用压电复合材料概念：压电复合材料是有两种或多种材料复合而成的压电材料。

常见的压电复合材料为压电陶瓷和聚合物（例如聚偏氟乙烯活环氧树脂）的两相复合材料。

这种复合材料兼具压电陶瓷和聚合物的长处，具有很好的柔韧性和加工性能，并具有较低的密度、容易和空气、水、生物组织实现声阻抗匹配研究：压电材料由于具有响应速度快、测量精度高、性能稳定等优点而成为智能材料结构中广泛应用的传感材料和驱动材料。

但是，由于存在明显的缺点，在实际应用中收到了极大的限制。

例如，压电陶瓷的脆性很大，经不起冲击和非对称受力，而且其极限应变小、密度大，与结构粘合后对结构的力学性能会产生较大的影响。

压电聚合物虽然柔顺性好，但是它的使用温度范围小，而且其压电应变常数较低，因此作为驱动器使用时驱动效果差。

为了克服上述压电材料的缺点，人们开发了压电复合材料。

由于压电复合材料不但可以克服压电材料的缺点，而且还兼有有机高分子与无机材料两者的优点，甚至可以根据使用要求设计出单项压电材料所没有的性能，因此越来越引起人们的重视。

应用：压电复合材料最初是运用于水声领域中并且是由r e newnham首次研制成功了1-3型压电复合材料。

美国加州斯坦福大学b a auld 的等人建立了pzt柱周期排列的1-3型压电复合材料的理论模型, 在随后的数年中许多国家的科研机构也相继开展了压电复合材料的研究工作如澳大利亚的helen lw chan等日本的hiroshi等意大利的h zewdie等然而传统的压电陶瓷机械品质因数ｑｍ高压电常数g33小声阻抗大及厚度共振弱不适合换能器带宽窄脉冲灵敏度高的要求压电复合材料具有良好的柔顺性加工性能优异并且克服了压电陶瓷材料易碎的特点因加入第二相无源材料使得压电复合材料的声阻抗率ｃ小易与水及生物组织实现声阻抗匹配同时压电复合材料具有较高的压电常数d33和机电耦合系数ｋｐ因此含有压电相和聚合物相的压电复合材料成为制作换能器的理想材料。

1-3型压电复合材料温度稳定性研究摘要：采用聚醚砜(PES)和空心玻璃微珠(HGB)作为填料对环氧树脂进行改性，研究其对环氧聚合相力学和热学性能的影响，研究发现，PES和HGB填充量均为10%(质量分数)制备的环氧聚合相，剪切强度由39 MPa升高到52 MPa，热膨胀系数由8.8×10-5/K降低为5.8×10-5/K，材料力学和热学性能明显提高。

以PZT-4为压电相，采用切割填充法制备PES和HGB填充量均为10%(质量分数)的1-3型压电复合材料，采用阻抗分析仪测定温度对其谐振频率fs和机电耦合系数kt的影响，结果表明，1-3型压电复合材料的fs为885 kHz，kt为0.65，材料的fs和kt在温度1550 ℃范围内变化率≤1%，表现出良好的温度稳定性。

关键词：聚醚砜；玻璃微珠；高强度聚焦超声；1-3型压电复合材料；温度稳定性0 引言当前，高强度聚焦超声技术已应用于良、恶性肿瘤无创治疗[1]。

聚焦超声外科治疗技术这一“改变游戏规则的技术”、“革命性的治疗技术”正在推动临床外科进入无创时代[2-4]。

换能器作为高强度聚焦超声肿瘤治疗设备的核心部件起着非常重要的作用。

传统的换能器用压电陶瓷材料制作，存在换能器带宽不够，电声转换效率低的问题，需要对换能器材料更新换代。

1-3型压电复合材料是公认的新型压电材料，因其具有较低的声阻抗、较高的耦合系数、较低的机械品质因数等特性成为水听器，医学成像，无损检测等方面换能器的重要材料[5]。

但该材料在高强度聚焦超声换能器方面的应用报道还不多，主要原因是高强度聚焦超声换能器需要大功率的发射材料，与接受型的1-3型压电复合材料相比，更需解决材料的热稳定性问题。

1-3型压电复合材料是一维的陶瓷相与三维的环氧聚合相的复合，具体结构如图1所示。

压电相保持材料的压电效应，环氧相改善材料的振动模态，两相复合后，材料在机电耦合系数kt，机械品质因数Qm和阻抗Z均有很好的改善，因此，大功率的1-3压电复合材料是新一代高强度聚焦超声换能器的关键核心材料。

简介：由压电陶瓷相和聚合物相组成的压电复合材料是本世纪70 年代发展起来的一种多用途功能复合材料。

由于柔性聚合物相的加入, 压电复合材料的密度( Q) 、声阻抗( Z ) 、介电常数( E) 都降低了; 而复合材料的优值( d hgh) 和机电耦合系数( k t)却提高了, 这使压电复合材料能在水听器、生物医学成像、无损检测、传感器等诸多方面被广泛地用作换能器。

作为水听器应用的压电材料要求有较大的静水压压电常数。

现阶段研究较多的是0- 3 型和1- 3 型, 其他类型的压电复合材料也有相应的研究研究历史：1972 年, 日本的北山- 中村试制了PVDF- BaTiO3 的柔性复合材料, 开创了压电复合材料的历史。

70 年代中后期, 美国宾州大学材料实验室开始研究压电复合材料在水声中的应用, 并研制了1-3 型压电复合材料。

R E Newnham、D P Skinner、KA Klicker 、T R Gururaja 和H P Savakus 等人进行了大量的理论和实验研究工作, 测试了不同体积含量的压电复合材料的特性。

80 年代初以后, 美国加州斯坦福大学的B A Auld、Y Wang 等人建立了PZT 柱周期排列的1 -3 型压电复合材料的理论模型、并分析了其中的横向结构模。

美国纽约菲利浦实验室的W A Smith 等人也做了与上类似的工作。

与此同时, 以及随后几年, 许多国家也相继开展了压电复合材料的研究, 如澳大利亚的L W Chan 等、日本的Hiroshi Takeuchi 等。

一些研究工作者还利用压电复合材料制作了换能器, 如日本的Chitose Nakaya 等、英国的G Hayward 和R Hamilton 等人。

定义：在压电复合材料中,各相以0、1、2、3维的方式连通,如果复合材料由两相构成,则存在10种连通方式,即0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、1-2、1-3、2-2、2-3、3-3型。

目录一、功能复合材料的设计原则 (3)二、功能复合材料的设计特点 (4)1）具有提高材料优值的广泛途径和自由度 (4)2）可利用复合效应创造新型复合功能材料 (5)三、复合型功能材料种类介绍 (5)1、压电复合材料 (5)1.1压电效应 (6)1.2压电复合材料研究概况 (7)1.3压电复合材料的制造方法 (8)1.4压电材料应用 (11)1.4.1换能器 (11)1.4.2压电驱动器 (12)1.4.3传感器上的应用 (12)1.4.4在机器人接近觉中的应用 (13)1.5.压电材料新应用 (14)1.5.1“人群农场”为火车站供电 (14)1.5.2发电地板 (15)1.5.3发电背包为便携式电子设备供电 (16)2、导电复合材料 (17)2.1、导电复合材料的及分类用途 (19)2.2、制备方法 (19)2.2.1填充型导电聚合物复合材料 (20)2.2.2金属纤维填充型导电复合材料 (20)2.3抗静电和导电领域 (22)2.4压敏导电胶 (23)2.5.发展趋势 (23)3、磁性复合材料 (24)3.1复合型磁性复合材料 (25)3.2磁性复合材料的种类 (26)3.3磁性复合材料的应用 (28)4、摩擦功能复合材料 (29)4.1纳米陶瓷摩擦复合材料分类 (30)5、阻尼功能复合材料 (33)5.1 阻尼材料的发展历史 (34)5.2 阻尼机理 (34)5.3 分类 (35)5.4 复合阻尼材料的研究现状 (35)5.5 展望 (37)6、机敏复合材料与智能复合材料 (37)7、自诊断机敏复合材料 (38)8、自愈合或自修复机敏复合材料 (38)9、智能复合材料 (39)9.1、智能复合材料的制备工艺方法 (39)9.1.1 粒子复合 (39)9.1.2 薄膜复合 (39)9.1.3 纳米级及分子复合 (40)功能性复合材料摘要随着经济的迅速发展，人们对材料的需求日益增加。

为了满足这些现代技术对材料的需求，世界各国都非常重视功能材料的研究和开发。

压电结构纤维及复合材料HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】[1] Brei D, Cannon B J. [J]. Composites Science and Technology, 2004,64(2):245-261.图1 中空压电纤维一、背景介绍一般压电纤维复合材料中的压电纤维为实心截面，当驱动该类压电复合材料时，电极放在基体表面，电场因需要穿透非导电基体因而其达到压电纤维时产生大的损耗，因而需要高的驱动电压。

另外，该类复合材料的基体必须用不导电材料，这限制了其的应用范围。

中空压电纤维复合材料可以降低驱动电压，并且基体材料选择广泛，可以涵盖不导电的环氧树脂和各类导电的金属材料。

本文讨论了中空圆环形截面压电纤维的制造和应用，以及纤维和基体模量比、中空纤维壁厚与半径比及纤维体积分数对此类复合材料性能、制造及可靠性问题。

Thin-wall 纤维最理想，但存在严重的可靠性问题。

总之，对中空压电纤维复合材料，要同时考虑压电纤维品质、制造及可靠性问题。

空心压电纤维复合材料驱动用31模式，实心压电纤维复合材料用33模式。

尽管31模式纵向应变比33模式小一半，但所需驱动电压仅需33模式的1/10或更少。

传统的制备技术可以制备出壁厚在压电材料晶粒尺寸量级的中空纤维，但是长度仅有10mm 或更短。

混合共挤技术可以制备100mm 以上的空心纤维。

目前对中空压电纤维复合材料的研究大多限于利用短纤维的径向应变（水声听音设备），本文则研究利用纵向应变。

目前对中空纤维的研究主要内容如下：(1)纤维壁内的电场分布(2)电场和应变之间的关系。

本文主要研究(3)纤维和基体模量比、中空纤维壁厚与半径比及纤维体积分数对此类复合材料性能、制造及可靠性影响(4)中空纤维质量对复合材料制备和性能的影响。

二、单个纤维及层板的有效性质中空纤维中的电场：tw E V /t = thin-wall approximationV E(r)r ln(1)-=--α 在这篇文献里没有提到这个公式是近似的，还用这个公式计算了各种厚度的中空纤维的电场，但在后面Lin 和Sodano 的文献中，似乎说为近似的。