聚丙烯多孔铁驻极体薄膜

多孔聚丙烯铁驻极体薄膜：

非接触超声用压电材料

传感器

德国

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2.

捷克共和国布拉格18221年2月2日，纳斯洛文尼亚ASCR物理研究所

摘要

聚丙烯多孔铁驻极体薄膜（EMFIT）的机电性能

证明了其在空气耦合超声应用中的巨大潜力。尊重的缺点

它们的低耦合系数可以通过极低的声阻抗进行补偿。一个数字

提出了一种比较和评估用于空气耦合的压电材料的优点

超声波应用。电子束蒸发技术适用于EMFIT薄膜和

制备了具有双面金和铝电极的薄膜，而不降低或抑制

机电性能。最后，基于EMFIT薄膜的空气耦合超声换能器

开发和表征。

关键词：空气耦合超声、超声换能器、机电性能、压电

材料，阻抗光谱学

1简介

空气是唯一耦合介质的非接触超声技术是一种很有前途的技术

增加接触方法数量的方法【1-5，8】。它允许自动测试，无需

在环境条件下对材料进行的任何额外处理。空气耦合超声（ACU）技术的主要问题是空气和材料之间的高阻抗失配

在测试中，空气和传感器。这种失配导致发射机和接收机之间的信息传输信号的高衰减。计算四个空气陶瓷界面[2、3、6]

衰减可高达-300 dB。而阻抗失配引起的损耗

测试中的空气和材料是不可避免的，由于空气和

传感器原则上可以减小。经典压电或驻极体的改进

传感器设计（匹配层、膜、背板孔等）和脉冲压缩技术的使用导致衰减降低至-200 dB【2、6、7】

 

智能聚合物泡沫在ACU应用中似乎更有趣，更有前景。

EMFIT film（Emfitech Ltd，芬兰）[10-12]是智能聚合物泡沫的一个例子，具有独特的

强机电响应和极低密度（即低声学）的结合

阻抗）。这种驻极体材料具有许多内置电偶极子，其行为类似于铁电体

因此被称为铁驻极体【13-15】。软铁驻极体最近引起了人们的极大兴趣

由于其特殊的物理性质和初步的应用，研究人员进行了研究【10、11、13】。在本文中

我们报告了阻抗谱研究的结果，并讨论了细胞的前景

空气耦合超声应用的聚丙烯铁驻极体薄膜。实验性

考虑到铁驻极体薄膜的极端柔软性和敏感性，可以

假设电极质量对机电性能有显著影响。我们学习了

几种市售多孔聚丙烯铁驻极体的蒸发

EMFIT films（Emfitech Ltd，芬兰）[12]：HS-04-10BR和HS-03-20BR，一种70 mm厚的细胞膜，

和HS-03-20BR Al1，一种70 mm厚的细胞膜，带有单面铝（Al）电极

直接蒸发到胶片上。

我们使用金（Au）和铝（Al）作为电极材料。确保足够高的

为了避免额外的不必要的能量损失，我们限制了

电极厚度约为100 nm。随后，我们检查了铬（Cr）的影响

子层。后者还可以提高聚合物的附着力。以下样本表示

在以下（i）中，两个表面上都有蒸发电极的EMFIT薄膜的

通过阻抗谱进行详细研究（见表1）：

编号样品膜名称厚度电极Cr子层

（1） HS-04-10BR 200纳米金10纳米铬亚层

（2） HS-03-20BR 100纳米铝

（3） HS-03-20BR 300纳米铝

（4） HS-03-20BR 100 nm Al 10 nm Cr亚层

（5） HS-03-20BR 300 nm Al 10 nm Cr亚层

选项卡。1、五个样品，由不同的膜厚和电极材料组成。

阻抗（实部R和虚部X）和导纳的频率依赖性

（实部G和虚部B），以及串联电容Cs和介电损耗tand

使用计算机控制的Hewlett-Packard 4194A阻抗分析仪测量，100 Hz–40

兆赫。测量主要在机电共振范围内进行

对应于厚度模式，即在100 KHz和1.5 MHz之间。主要机电设备

特性，如并联（Fp）和串联（Fs）共振的共振频率、声速

（V3）、耦合因数（K33）、品质因数（Q）、机械（tandm）和介电（tand）损耗、介电

介电常数（eT

33），根据实验数据计算声阻抗（ZA）[1，9]。因为

在Fp和Fs（Fp»Fs）之间的微小差异中，耦合系数的额外估算方法为

准确测量机械自由（CT）和机械夹紧之间的差异

（CS）电容【9】：

CT=CS（1+K2

33). (1)

为了研究灵敏度，将嵌入EMFIT膜的传感器用作传感器

利用Panametrics脉冲发生器/接收器进行空气耦合超声实验

5800和横河数字示波器DL 7100。

3结果和讨论

共振特性如图1所示。这包括