针对新一代声波测井仪器对其核心元件压电陶瓷兼具高居里温度、高压电系数以及高稳定性要求的迫切需求, 本文采用传统的固相反应-无压烧结技术制备了一种0.06BiYbO3-0.94Pb(Zr0.48Ti0.52)O3(BY-PZT)三元系压电陶瓷, 并研究了四种氧化物掺杂对其微观结构及电学性能的影响。由XRD和SEM表征可知所有样品均呈纯四方相钙钛矿结构, 掺杂Cr2O3的样品平均晶粒尺寸最大。介电温谱和谐振频谱研究证实四种氧化物掺杂均能提高其介电性能的温度稳定性。掺杂La2O3的样品介电常数温度系数(Tkε)最低, 掺杂MnO2的样品机械品质因素(Qm)最高, 而掺杂CeO2的样品抗热退极化性能最好。高温复阻抗(Cole-Cole图)分析表明, Cr2O3掺杂能够显著提高BY-PZT陶瓷的高温电阻率, 陶瓷在高温下的电导行为主要由晶界响应控制。综合来看, 掺杂La2O3的样品兼具高居里温度(TC=397 ℃)和高压电系数(d33=290 pC/N), 并且在300 ℃退火4 h后d33仍能保持在270 pC/N左右, 有望在极限工作温度为300 ℃的高温压电器件中获得应用。

针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题, 该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器。首先建立了压电加速度传感器的力学模型, 对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析; 然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构, 探讨了压电陶瓷材料的选择, 再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型, 分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析。仿真结果表明, 设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求。最后对设计的压电加速度传感器进行了标定和微震信号检测试验。结果表明, 该传感器的谐振频率为6 300 Hz, 工作频率为0.1~2 100 Hz, 电荷灵敏度为34.626 pC/(m·s-2)时, 可完成对微震信号的检测, 且具有宽频率范围和高灵敏度。

平面金属/介质薄膜结构吸波体的吸收性能优越,制备过程简单,应用前景广阔,因此备受关注。为了提高吸收性能,提出了一种基于Fabry-Perot (FP)共振吸收的具有多层Zr/SiO₂结构的超宽带完美吸波体。通过传输矩阵法并结合遗传算法,对结构参数进行了优化。计算结果表明,具有10层Zr/SiO₂结构(构成了4个串联FP腔)的吸波体在0.4~3.0 μm波长范围内的最低吸收效率均超过96.6%,平均吸收效率高达98.6%。即使只设置4层结构,其在该波段的平均吸收效率依然可达91.5%。同时分析了该结构在其他波段的吸收特性,并计算了其平均吸收效率与层数之间的关系。与其他复杂结构的吸波体相比,所设计的吸波体具有工作带宽大、吸收效率高和结构简单等特点,在太阳能收集、热辐射器、红外隐身等领域有广阔的应用前景。