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高居里溫度高壓電活性弛豫鐵電單晶元件

  • 發(fā)布日期：2019年10月22日
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成果簡介

　　新型弛豫鐵電單晶是以鈮鋅酸鉛鈦酸鉛和鈮鎂酸鉛鈦酸鉛為代表的一類復合鈣鈦礦結(jié)構(gòu)固溶體晶體。由于它們在準同型相界附;近具有非常優(yōu)異的壓電性能，例如，其壓電系數(shù)d33和機電耦合系數(shù)k33分別有傳統(tǒng)的P2T陶瓷的700PC/N和70%提高到2000PC/N和90%以上，其場致應變高達1. 7%。這預示著新型弛豫鐵電單品在醫(yī)學超聲成像、超聲傳感器等領(lǐng)域?qū)⒂兄匾獞谩?/p>

　　醫(yī)用超聲成像的核心部件就是超聲換能器。醫(yī)用超聲成像的性能與壓電材料密切相關(guān)。為了獲得高質(zhì)量圖像，對壓電材料的要求有以下三點:第一，需要具有大的機電耦合系數(shù)，這樣可以獲得高的靈敏度:第二，需要具有高的介電常數(shù)，這樣可以與傳輸纜線有加號的阻抗匹配，第三，需要具有較低的聲阻抗，這樣才盡可能與人體的聲阻抗匹配。從超聲換能器所需壓電材料的主要性能參數(shù)來看，與傳統(tǒng)的PZT陶瓷相比，新型弛豫鐵電單品的性能在很多方面都具有優(yōu)勢。例如，弛豫鐵電單晶的壓電系數(shù)是PZT陶瓷的4倍，機電耦合系數(shù)k33和壓電品質(zhì)因數(shù)(d33X g33)都比PZT陶瓷大的多。特別的，PZNT等材料具有更低的聲阻抗。因此，用新型弛豫鐵電單晶材料替代傳統(tǒng)PZT陶瓷，有望大大提高超聲成像設(shè)備的頻帶寬度、靈敏度及圖像分辨率。

　　鑒于弛豫鐵電單晶優(yōu)異的壓電性能，國際上不少公司都先后開展其在超聲成像領(lǐng)域的應用研究。日本東芝公司采用PZNT單晶只做了3.5MHz的相陣換能器，其靈敏度和帶框相比PZT陶瓷分別提高了5dB和20%。韓國IBULE公司采用PMNT單晶研制了2.6MHz超聲換能器探頭，其彩色多普勒靈敏度比PZT陶瓷提高了5dB。Phi lips公司在PZNT品體上實現(xiàn)了5MHz超聲成像應用。因此，可以預見，隨著品體制備等關(guān)鍵技術(shù)的突破，基于弛豫鐵電單晶在新型超聲醫(yī)學成像換能器的應用將實現(xiàn)普及應用。