非理想界面立方压电晶体层状结构中表面波传播特性研究

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1、密级：公开工学硕士学位论文非理想界面立方压电晶体层状结构中表面波传播特性研究PropagationofSurfaceWavesinLayeredMediaofCubicPiezoelectricCrystalwithImperfectInterface培养单位：工程力学系专业：固体力学研究生：王梦贺指导教师：聂国权教授二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对

2、本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要压电材料因具有压电效应因而能实现电能和机械能之间的相互转换，被广泛用于制作谐振器、传感器、换能器、滤波器以及其他电子器件

3、。声波和微波压电器件常具有层状构型，而弹性波理论是实现其预期功能的重要理论基础。然而，在实际应用中，由于受到组分材料性能失配、微裂纹、孔洞、脱胶、粘接剂老化等因素的影响，层状结构的界面通常会存在一些缺陷，而这些缺陷会对压电器件的性能产生重要的影响，因此，对非理想界面下压电层状结构中弹性波传播行为的研究具有重要的理论意义和应用价值。立方晶系压电体是一类重要的压电材料，其宏观对称性和材料常数矩阵与压电半导体具有相同的形式，研究立方晶体的波动特性可为压电半导体声波放大和电荷传输器件的设计优化提供借鉴，因而受到了研究者的广泛关注。研究由立方压电晶体层与弹性基底构成的层状半空间结构中Love波的传播特

4、性，压电层与弹性基底的界面为非理想连接。采用弹簧模型表征界面的机械非理想和电学非理想，考虑压电晶体不同的切割角度，得到了电学开路和电学短路条件下Love波的频散关系。结果表明：立方压电晶体各切割角度的剪切体波波速、BG波速和极限波速均关于45°对称，沿45°切割可获得最大波速；界面的机械非理想明显降低了Love波的相速度，而电学非理想对频散特性影响较小。研究立方压电晶体层状结构中Rayleigh型表面波的传播特性，讨论了边界条件、材料性能和非理想界面对Rayleigh波相速度、机电耦合系数以及模态的影响。结果表明：电学开路条件的表面波速略大于电学短路的波速；压电晶体的材料性能对层状结构中Ra

5、yleigh型表面波的频散特性起主要控制作用；晶体沿45°切割时相应结构的机电耦合性能最强；机械非理想对频散特性的影响主要体现在波数较小的范围内，且界面的法向非理想参数较切向参数的影响更为明显，随着波数增大非理想连接的影响逐渐消失；基底中的位移和电势随深度很快衰减到零，表面波能量主要集中在压电覆层中。以上结果的获得可为立方压电晶体的广泛应用以及声表面波器件的设计优化提供理论参考。关键词：立方压电晶体；表面波；非理想界面；切割角度；频散关系AbstractPiezoelectricmaterialsarewidelyusedtomakeresonators,sensors,transducer

6、s,tunablefiltersandotherelectrondevicesduetobeingabletoachievetheconversionbetweenmechanicalenergyandelectricalenergy.Inordertoachievehighperformance,inmanycases,surfaceacousticwavedevicesoftenadoptalayeredstructurewhereathinorthickpiezoelectriclayerisdepositedonanelasticsubstrateorreversestructure

7、.Theelasticwavetheoryisoneofthemostimportantfundamentalfortheanalysisanddesignofacousticwavedevices.Inpractice,duetothefactorssuchasmismatchingofmaterialproperties,microcracks,holes,degumming,andadhesionagi