Page 19 - 《应用声学》2023年第4期
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第 42 卷 第 4 期 张秀侦等： 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷纵振换能器 681
得换能器发送电压响应在二阶谐振频率处的误差 Yang Qingqing, Li Quanlu, Wu Jing, et al. Lead-free
更大。 piezoelectric ultrasonic transducer material and applica-
tions[J]. Journal of Xi’an University of Posts and Telecom-
(3) 驱动材料本身的均匀性和一致性的不足也
munications, 2011, 16(S2): 1–3.
使得实测结果与仿真结果之间存在一定的差异，主 [2] 吴家刚. 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的发展与展望 [J]. 四川师
要体现在换能器实测指向性图并非严格对称。 范大学学报 (自然科学版), 2019, 42(2): 143–153, 140.
Wu Jiagang. Development and prospect of potassium
上述结果从换能器的水中电导、发送电压响
sodium niobate-based lead-free piezoelectric ceramics[J].
应、指向性方面均验证了 KNN 基无铅压电陶瓷的 Journal of Sichuan Normal University (Natural Science),
性能可与传统铅基压电陶瓷相当。图 12 给出了关 2019, 42(2): 143–153, 140.
于 KNN 基无铅压电陶瓷换能器的线性度研究，可 [3] Liu W, Ren X. Large piezoelectric effect in Pb-free ceram-
ics[J]. Physical Review Letters, 2009, 103(25): 257602.
以看到当电压每增加一倍，声源级增加 6 dB，满足
[4] Zhang J, Pan Z, Guo F F, et al. Semiconductor/relaxor
线性关系，且声源级可达到 190 dB，有望实现大功 0-3 type composites without thermal depolarization in
率发射。 Bi 0.5 Na 0.5 TiO 3 -based lead-free piezoceramics[J]. Nature
Communications, 2015, 6: 6615.
195
[5] 邢洁, 谭智, 郑婷, 等. 铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的高压电活
190 性研究进展 [J]. 物理学报, 2020, 69(12): 84–102.
Xing Jie, Tan Zhi, Zheng Ting, et al. Research progress
185 of high piezoelectric activity of potassium sodium niobate
ܦູጟ/dB 180 based lead-free ceramics[J]. Acta Physica Sinica, 2020,
69(12): 84–102.
175 [6] 肖定全, 吴文娟, 梁文峰, 等. 钙钛矿型铌酸盐系无铅压电陶
瓷材料与器件的研究进展 [J]. 材料导报, 2010, 24(15): 1–12.
170
Xiao Dingquan, Wu Wenjuan, Liang Wenfeng, et al. Re-
search progress of peroskite structure niobate-based lead-
165
10 20 40 80 100 free piezoelectric ceramics and devices[J]. Materials Re-
ႃԍ/V
ports, 2010, 24(15): 1–12.
图 12 KNN 基无铅压电陶瓷换能器线性度研究 [7] 尹奇异. 新型铌酸钾钠基无铅压电陶瓷的改性制备及性能研
究 [D]. 合肥: 安徽大学, 2015.
Fig. 12 The linearity study of KNN-based lead-
[8] Thong H C, Zhao C, Zhou Z, et al. Technology transfer
free piezoelectric ceramic transducer
of lead-free (K,Na)NbO 3 -based piezoelectric ceramics[J].
Mater Today, 2019, 29(C): 37–48.
3 结论 [9] Li J F, Wang K, Zhu F Y, et al. (K,Na)NbO 3 -based
lead-free piezoceramics: fundamental aspects, processing
本文研究了 KNN 基无铅压电陶瓷纵振式换能 technologies, and remaining challenges[J]. Journal of the
器，并与相同结构的 PZT 压电陶瓷换能器对比。仿 American Ceramic Society, 2013, 96(12): 3677–3696.
[10] Wang K, Shen Z Y, Zhang B P, et al. (K,Na)NbO 3 -
真结果和测试结果表明，该无铅压电陶瓷材料具有
based lead-free piezoceramics: status, prospects and chal-
和传统 PZT 压电陶瓷材料相当的压电常数、介电常 lenges[J]. Journal of Inorganic Materials, 2014, 29(1):
数，更高的厚度振动机电耦合系数和更低的 Q m 值， 13–22.
[11] Wang K, Li J F. (K,Na)NbO 3 -based lead-free piezo-
制作的纵振式换能器发射性能可与 PZT 压电陶瓷
ceramics: phase transition, sintering and property en-
纵振式换能器相媲美。由于 KNN 基无铅压电陶瓷 hancement[J]. Journal of Advanced Ceramics, 2012, 1(1):
的密度不到传统 PZT 压电陶瓷密度的 2/3，在后续 24–37.
研究中，可将 KNN 基无铅压电陶瓷拓展应用于更 [12] 王丹凤. 基于铋层无铅压电陶瓷的高频超声换能器研究 [D].
武汉: 武汉纺织大学, 2018.
多类型的换能器当中，充分发挥其在换能器轻量化
[13] Wu D W, Chen R M, Zhou Q F, et al. Lead-free KN LNT
设计方面的优势。 piezoelectric ceramics for high-frequency ultrasonic trans-
ducer application[J]. Ultrasonics, 2009, 49(3): 395–398.
[14] Feuillard G, Loyau V, Tran Huu Hue L. Comparative per-
参 考 文 献 formances of new KNN lead-free piezoelectric materials
and classical lead-based ceramics for ultrasonic transducer
[1] 杨庆庆, 李全禄, 吴晶, 等. 无铅压电超声换能器材料及其应 applications[J]. IEEE Symposium on Ultrasonics, 2003, 2:
用 [J]. 西安邮电学院学报, 2011, 16(S2): 1–3. 1995–1998.
