面向空耦电声换能器应用的高性能FEP/PTFE复合膜压电驻极体

• 作者: 安志鸿 黄林敏 赵锦波 胡倩倩 孙转兰 郑欢 张晓青
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 压电驻极体 氟化乙丙烯/聚四氟乙烯复合膜 声电换能器 空气耦合
• 年，卷（期）: 2022,（2）
• 所属期刊栏目: 凝聚物质:电子结构、电学、磁学和光学性质|CONDENSED MAGNETIC,MATTER: ELECTRONIC STRUCTURE, ELECTRICAL AND OPTICAL PROPERTIES
• 页码范围: 286-295
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.71.20211609

摘要

压电驻极体(也称为铁电驻极体)是一类具有强压电效应的微孔结构驻极体材料,具有柔韧、低密度、低特性声阻抗等特征,是制备柔性空气耦合声电换能器的理想材料.针对器件对高灵敏度和高温工作环境的应用需求,本文报道高性能氟化乙丙烯/聚四氟乙烯(FEP/PTFE)复合膜压电驻极体的制备和性能表征.研究结果表明,FEP/PTFE膜的特性声阻抗为0.02 MRayl(1 Rayl=10 Pa·s/m);在小压强范围内的准静态压电电荷系数 可高达800 pC/N,且具有良好的压强特性.基于FEP/PTFE复合膜压电驻极体的麦克风的灵敏度最高可达6.4 mV/Pa@1 kHz,远高于文献报道的相同结构的压电驻极体麦克风的灵敏度,且具有平坦的频响曲线.对于直径为20 mm的超声波发射器,当驱动电压Vp为600 V时,样品中轴线上距离器件表面100 mm处,40-80 kHz频率范围内产生的超声波的声压级为80-90 dB(参考声压为20 μPa).基于FEP/PTFE复合膜压电驻极体的声电换能器的热稳定性显著优于聚丙烯(PP)压电驻极体声电换能器:在125℃下老化211 h,器件的灵敏度保持初值的26％,这得益于基体材料FEP和PTFE优良的空间电荷储存稳定性.