弛豫铁电单晶水声换能器性能优化与声源级提升研究
摘要
三方相铅基弛豫铁电单晶如Pb(ZnNb)O-PbTiO和Pb(MgNb)O-PbTiO具
1/32/3331/32/333
有优异的压电性能和应变能力，是新一代高性能水声发射换能器的候选驱动材料。然而，
弛豫铁电单晶较低的矫顽场导致其容易在高交流驱动场下发生退极化，不利于弛豫铁电
单晶换能器大功率应用，影响换能器的性能与稳定性。论文根据弛豫铁电单晶畴结构和
各向异性的特点，提出利用预应力调控弛豫铁电单晶性能的方法，采用理论研究与实验
验证相结合的方式，研究单轴压应力对[011]极化d32模式的三方相PZN-5.5%PT弛豫铁
电单晶的退极化和相变行为的影响机制，量化单轴压应力对材料性能参数的影响规律，
建立针对弛豫铁电单晶水声发射换能器的预应力优化机制，提高换能器的性能与稳定性。
研究结果表明，在[100]方向上对弛豫铁电单晶晶体施加适当的压应力，能够抑制弛
豫铁电单晶退极化现象的产生，从而能够使弛豫铁电单晶承受更高的交流驱动场。结果
进一步表明，当施加最佳预应力时，可以在不使用直流偏置、不采用更多晶体、不改变
换能器结构的前提下，使弛豫铁电单晶水声发射换能器的声源级增大11.2dB，并且维持
其发射电压响应不降低，实现了弛豫铁电单晶水声发射换能器的性能优化与声源级提升。
关键词：弛豫铁电单晶；退极化；水声换能器；预应力；性能优化
弛豫铁电单晶水声换能器性能优化与声源级提升研究
ABSTRACT
Lead-basedrelaxor-PTferroelectricsinglecrystalsofrhombohedralphase,suchas
Pb(ZnNb)O-PbTiOandPb(MgNb)O-PbTiO,exhibitexcellentpiezoelectric
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propertiesandarecandidateactivematerialsforhigh-performanceunderwaterprojectors.
However,theirlowcoercivefieldwouldcausedepolarizationunderhighacdrivefield,making
themunsuitableforhighpowerapplication.Thepresentprojectproposedaneffectivemethod
tomakeuseofaxialcompressivestresstosubpressthedepolarizationbehaviorandimprove
theelectricstabilityofrelaxor-PTferroelectricsinglecrystals.Throughtheoreticaland
experimentalstudy,theeffectofaxialcompressivestressonthedepolarizationandphase
transformationbehaviorof[011]polarization32-modePZN-5.5%PTsinglecrystalshasbeen
investigated.Theeffectofaxialcompressivestressonthematerialpropertiesofthecrystalshas
alsobeenstudied.
Thepresentresultsshow