A High‐Sensitivity, Broadband (1A,1B)‐3 Single‐Crystal Composite Ultrasonic Transducer

材料科学 超声波传感器 宽带 传感器 复合数 灵敏度(控制系统) 声学 光学 复合材料 电子工程 工程类 物理
作者
Lei Yu,Ziyan Gao,Guisheng Gan,Wei Bai,Yang Wei,Bing Wang,Xiaoting Yuan,Zewei Hou,Jiawang Hong,Shuxiang Dong
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (11) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adfm.202417084
摘要

Abstract Piezocomposite ultrasonic transducers (PUTs) are extensively used in diverse technological fields, however, PUTs based on conventional 1–3 piezocomposite containing only one type of piezo pillars have met a bottleneck in further performance enhancement. Herein, based on the [011]‐oriented relaxor ferroelectric Pb(In 1/3 Nb 2/3 )O 3 ‐Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 ‐PbTiO 3 (PIN‐PMN‐PT) crystal, a novel (1 A ,1 B )‐3 piezocomposite structure containing two types of single‐crystal pillars‐ high d 33 , k t pillars with square cross‐section (termed as 1 A ) and high dhgh pillars with rectangular cross‐section (termed as 1 B ), alternately arranging in epoxy resin and forming a 5 × 9 array are reported. The combination effect and synergistic action of two different piezo‐pillars in the piezocomposite notably broaden the working bandwidth, improve the sound sensitivity, and also produce a suppression effect to undesirable transverse vibration modes. Experimental results validate the performance enhancements of (1 A ,1 B )‐3 composite‐based PUT: the increases in –3 dB transmitting, receiving bandwidth, and receiving sensitivity are 71.4%, 28.6%, and 26.6%, respectively, in comparison to conventional 13 single‐crystal composite‐based PUT. Moreover, its hydrostatic figure of merit (HFOM) dhgh (=4084.9 × 10 −15 m 2 N −1 ) is 177.3% higher than that of commercial single crystal 13 piezocomposites. The proposed design strategy represents a promising development direction of next‐generation bandwidth and high‐sensitivity ultrasonic transducers.
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