C轴倾斜的压电薄膜结构中的体声波传播

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研究压电层状结构中的声波传播,对压电传感器、滤波器、谐振器等电子元器件的设计有着非常重要的意义。压电声波技术在应用于生物化学传感领域时,往往需要涉及到压电结构与液体或粘弹性体的作用。为了获得更高的工作频率和更低的能量损耗,压电薄膜体声波谐振器的研发引起人们极大关注。为了降低能量在液体环境中的衰减,往往需要在谐振器中激发纯剪切模态,c轴倾斜的压电薄膜结构可以实现纯剪切模态。本文以压电弹性理论、电场理论和电路理论为基础,分别研究了c轴倾斜压电薄膜结构中体声波的传播,以及附加粘弹性吸附膜的压电层状结构中声表面波的传播的几个关键问题。(1)研究了厚度剪切模态下,c轴倾斜的AlN双晶片压电陀螺仪。以双层AlN板结构模型为基础,给出两层板的耦合方程和控制方程,利用边界条件和连续条件,给出了描述陀螺仪输出电压和阻抗、角速率、驱动频率等量的关系的线性方程组。由于AlN材料可以制成远小于传统石英声波谐振器的薄膜谐振器,本章提出的陀螺仪模型可以远小于现有的压电陀螺仪。(2)研究了分布质量载荷对c轴倾斜的ZnO压电薄膜结构中体声波传播的影响,分布质量模型采用微直梁进行模拟。考虑到c轴倾斜的压电薄膜结构的应用领域主要为液体或气体环境,重点选取剪切波模态进行详细分析。探讨了c轴倾斜角度和结构几何尺寸(微梁长度和直径)对模态的影响以及对频率和品质因数等的作用。(3)分析了具有粘弹性吸附膜的压电层状结构中的声表面波传播。对粘弹性吸附层,引入复数剪切模量,得到波动问题控制方程;利用剪切滞后模型讨论非完整界面的影响;利用传递矩阵法分析材料常数按梯度分布的情况。对比了不同流体环境的影响。通过Matlab进行模拟,得到不同情况下,波的相速度、衰减系数等的变化情况。
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