pmnt单晶声表面波和兰姆波传播特性及其激光超声测量

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1、硕士学位论文PMNT单晶声表面波和兰姆波传播特性及其激光超声测量PMNTSINGLECRYSTALSURFACEACOUSTICWAVEANDLAMBWAVEPROPAGATIONCHARACTERISTICSANDLASERULTRASONICMEASUREMENT张振东哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：0469学校代码：10213国际图书分类号：538.9密级：公开理学硕士学位论文PMNT单晶声表面波和兰姆波传播特性及其激光超声测量硕士研究生：张振东导师：张锐教授申请学位：理学硕士学科：凝聚态物

2、理学所在单位：物理系答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:0469SchoolCode:10213U.D.C:538.9SecrecyGrade:OpenDissertationfortheMaster’sDegreeinSciencePMNTSINGLECRYSTALSURFACEACOUSTICWAVEANDLAMBWAVEPROPAGATIONCHARACTERISTICSANDLASERULTRASONICMEASUREMENTCandidate：Zhan

3、gZhendongSupervisor：Prof.ZhangRuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：CondensedMatterPhysicsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要与传统压电材料相比，新型弛豫铁电单晶具有更优越

4、的压电性能和机电性能，因此在近些年受到了广泛的关注。随着研究的深入和单晶制备水平的提升，铌镁酸铅-钛酸铅单晶(PMN-PT)越来越广泛的用于换能器、传感器等电子器件的制作。近相界PMN-0.29PT单晶具有良好的压电性能和稳定性，可能成为声表面波和兰姆波器件的主要材料。目前，激光超声技术主要应用于无损检测，激光声表面波技术较为纯熟，而近年来，激光激发低阶模式的兰姆波也越来越受到相关领域的重视，在薄层材料的无损检测中得到了很大的发展。本文主要研究Z-cut沿[001]c方向极化的PMN-0.29PT单晶声表面波

5、和兰姆波的传播特性，并创新性的应用激光超声技术对沿不同方向传播的PMN-0.29PT单晶声表面波和零阶模式的兰姆波进行了检测。首先，利用共振-超声联合法测量了[001]c方向极化的PMN-0.29PT单晶的全矩阵参数，作为后续研究中理论计算的基础，单晶样品的压电常数d33=1580pC/N，机电耦合系数k33达到了90%。利用压电材料的克里斯托夫方程，结合声表面波的性质和其传播满足的边界条件，数值计算了表面短路状态和表面开路状态沿不同传播方向的PMN-0,29PT单晶声表面波相速度，并利用相速度随角度变化的关

6、系得到其机电耦合系数和能流角与声表面波传播方向的关系。声表面波相速度满足4mm对称性，并且在θ=45º时，传播速度有最小值v=860m/s。搭建了基于反射原理的激光超声实验系统，对Z-cut沿[001]c方向极化的PMN-0.29PT单晶声表面波进行了测量，传播方向θ=15°，声表面波的相速度v=1563m/s，与理论计算值相符。利用克里斯托夫方程，并利用坐标变换，计算了沿不同传播方向的PMN-0.29PT单晶零阶对称模式(S0)和反对称模式(A0)兰姆波相速度与声波频率和样品厚度之积(f·d)的关系。随着传

7、播角度的增加，兰姆波相速度变大，在θ=45°方向，兰姆波相速度有最大值v=1984m/s。搭建了基于干涉原理的激光超声实验系统，测量沿不同方向传播的对Z-cut沿[001]c方向极化的PMN-0.29PT单晶兰姆波相速度，激光激发兰姆波的中心频率为2-3MHz，在θ=45°，兰姆波的相速度v=2160m/s。关键词：PMNT单晶；声表面波；兰姆波；激光超声I哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractComparedwiththetraditionalpiezoelectricmaterials,there

8、laxorferroelectricsinglecrystalwhichexhibitsmoresuperiorpiezoelectricpropertiesandelectromechanicalpropertieshasreceivedthewidespreadattentioninrecentyears.Withthedeepeningoftheresearchandascensionofsi