Name: characterization of full set material constants and their temperature dependence for piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy
Uploaded: 2016-04-27T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 44 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy at JoVE.co

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 11374245), the NIH under Grant No. P41-EB2182, the Natural Science Foundation of Fujian Province, China (Grant No. 2013J01163), and the Open Research Fund of the State Key Laboratory of Acoustics, Chinese Academy of Science (Grant No. SKLA201306).

1. Numune Hazırlama Not: İstenilen büyüklükte PZT-4 seramik örnekleri doğrudan birçok PZT seramik üreticileri sipariş edilebilir. Bir de daha sonra, bir elmas kesme makinesini kullanarak daha büyük bir PZT seramik blok örnek kesim kesme ve cilalama neden depoling geri örneği repole olabilir. Burada, örnek şekil 3 mm ile 10 mm arasında, her boyutu olan bir paralel yüzlü olan. Daha büyük boyutlu örnekleri gerekli değildir, ancak örnekler çok küçük ise hassasiyeti tehlikeye olabilir. <ol><li> Al 2 O 3 Tozlar kullanarak bir pleksiglas disk üzerinde bir dikdörtgen prizma Örneğinin Yüzeyler lehçe. <ol><li> İlk olarak, 60 ° C&#39;ye kadar çubuk ve örnek ısıtılmasıyla balmumu çok ince bir tabaka ile metal çubuğun alt yüzeyine örnek tutkal. Daha sonra oda sıcaklığına kadar soğutulur. Silindir ve numunenin alt yüzeyi parlatılmış tog olabilir kadar sıkı, daha büyük bir dış çapa sahip bir metal silindire çubuk uyacaketer cilalı numune yüzey düzgünlüğünü garanti. </li><li> Bir su şişesi kullanılarak cam plaka daha sonra ıslak yüzeye 6 mikron Al 2 O 3 tozlar serpin ıslatın. plaka üzerine kendisine yapıştırılmış numune ile numune tutucu yerleştirin ve örnek yüzey düz öğütmek için dairesel hareket yapın. Pleksiglas plaka ve iyice numune tutucu yıkayın. </li><li> Islak cam plaka üzerine 3 mikron Al 2 O 3 tozları serpin ve örnek yüzeyi pürüzsüz olacak şekilde yeniden taşlama tekrarlayın. her şey temiz yıkayın. </li><li> balmumu eritmek için 60 ° C&#39;ye derleme ısıtarak sahibinin kapalı örneği kaldırın. aseton kullanılarak örnek yüzeyinde kalan balmumu temizleyin. </li><li> Aynı prosedür kullanılarak örnek 6 yüzeyleri cila. </li></ol></li><li> Bir mikron kullanarak örnek boyutlarını ölçmek ve sonuçları kaydedin. Burada, Şekil 1&#39;de gösterilen PZT-4 örnek aşağıdaki boyutlara sahiptir: l </&gt; X = 4.461 mm, L-Y = 6,073 mm ve L, Z = 4,914 mm em. </li><li> Dijital analitik terazi kullanılarak numune kütlesi ölçün. </li><li> Kitle yoğunluğu r almak için hacimce kitle bölün. </li></ol> 2. Darbe-eko ultrason ölçümü Not: Bu yazıda, <img alt="denklem 15" src="/files/ftp_upload/53461/image015.jpg" /> ve <img alt="Denklem 16" src="/files/ftp_upload/53461/image016.jpg" /> Sürekli elektrik alan ve sırasıyla sabit elektrik deplasman, elastik sertlik tensörlerinin sütun elemanı inci satır j inci i temsil eder; <img alt="Denklem 17" src="/files/ftp_upload/53461/image017.jpg" /> ve <img alt="denklem 18" src="/files/ftp_upload/53461/image018.jpg" /> Sabit elektrik elastik uyum tensörlerinin sütun elemanı inci satır j inci i temsilalan ve sırasıyla sabit elektrik deplasman; d ij piezoelektrik gerilme tensörü sütun elemanı inci satır j inci i temsil eder; e ij piezoelektrik gerilme tensörü sütun elemanı inci satır j inci i temsil eder; <img alt="Denklem 21" src="/files/ftp_upload/53461/image021.jpg" /> ve <img alt="Denklem 22" src="/files/ftp_upload/53461/image022.jpg" /> sırasıyla, kenetli ve ücretsiz dielektrik sabitleri sütun elemanı inci satır j inci i temsil etmektedir. Tüm matris malzemesi sabitleri Voigt gösterimde bulunmaktadır. <ol><li> Verici-Alıcı açın. darbe-eko ölçümü için P / E Mode ayarlayın. </li><li> uzunlamasına bir dalga transdüser (15 MHz) ve Pulser-Receiver bir dijital osiloskop bağlayın. </li><li> arada bazı bağlantı gres x-yönünde örnek yüzeyine dönüştürücüyü koydu. Not kutuplaşma korkunç olduğunuction z ekseni olarak tanımlanır. </li><li> Dijital osiloskop kontrol paneli üzerindeki CURSOR tuşuna basın; yan menü düğmesi V Barlar basın, daha sonra ilk yankı sinyalinin en yüksek tepe bir imleç çizgisini taşımak için Genel Amaçlı düğmesini çevirin. </li><li> SEÇ tuşuna basın, daha sonra ikinci yankı sinyali karşılık gelen tepe diğer imleç çizgisini taşımak için Genel Amaçlı düğmesini çevirin. </li><li> Ö ile işaretlenmiş yerde sayısal değeri okuyun: uçuşun gidiş-dönüş zamanı ekran üzerinde, <img alt="Denklem 23" src="/files/ftp_upload/53461/image023.jpg" /> x-ekseni boyunca uzunlamasına dalga darbesinin. </li><li> x yönünde uzunlamasına dalga hızını hesaplamak, <img alt="Denklem 24" src="/files/ftp_upload/53461/image024.jpg" /> , Iki kez numune kalınlığının (gidiş-dönüş mesafesi) bölerek <img alt="Denklem 27" src="/files/ftp_upload/53461/image027.jpg" /> Ve sonra elastik sabiti belirlemek <img alt = &quot;Denklem 29&quot; src = &quot;/ files / ftp_upload / 53461 / image029.jpg&quot; /&gt; formül kullanılarak: <img alt="denklem 30" src="/files/ftp_upload/53461/image030.jpg" /> , Ρ örnek yoğunluğu olduğu. </li><li> Bir kayma dalgası transdüser (5 MHz) kullanılarak 2.3-2.5 tekrarlayın ve aşağıdaki formül kullanılarak kayma dalga hızını belirlemek <img alt="denklem 33" src="/files/ftp_upload/53461/image033.jpg" /> , burada <img alt="denklem 34" src="/files/ftp_upload/53461/image034.jpg" /> x yönünde kayma dalgası gidiş-dönüş için uçuş zamanı. makaslama elastik sabiti belirleme <img alt="denklem 35" src="/files/ftp_upload/53461/image035.jpg" /> formül kullanılarak <img alt="denklem 36" src="/files/ftp_upload/53461/image036.jpg" /> . </li><li> elastik sabiti hesaplayın <img alt="denklem 37" src="/files/ftp_upload/53461/image037.jpg" /> formül kullanılarak <img alt="denklem 38" src="/files/ftp_upload/53461/image038.jpg" /> . Bu ∞ m simetri ile PZT örneği için formülüdür. &lt;/ Li&gt; <li> Numunenin z yüzeyi üzerine bir kesme transdüktörü (5 MHz) yerleştirin. , Uçuş gidiş dönüş zamanını kaydetmek <img alt="denklem 39" src="/files/ftp_upload/53461/image039.jpg" /> Dijital osiloskop kullanarak, z ekseni boyunca kesme dalga için. ses hızını hesaplamak <img alt="denklem 40" src="/files/ftp_upload/53461/image040.jpg" /> formül kullanılarak <img alt="denklem 41" src="/files/ftp_upload/53461/image041.jpg" /> Ve elastik sabiti belirlemek <img alt="denklem 42" src="/files/ftp_upload/53461/image042.jpg" /> formül kullanılarak <img alt="denklem 43" src="/files/ftp_upload/53461/image043.jpg" /> . </li></ol> 3. Dielektrik Sabitleri sıcaklık Bağımlılığı ölçün <ol><li> Bir fırça kullanarak x-yönünde örnek iki yüzeye iletken gümüş boya ince bir tabaka sürün. Aynı numune açık devre durumunda daha sonra RUS ölçümü için kullanılan böylece boya kolayca kapalı silinebilir. </li><li> CKontrol bilgisayara empedans analizörü taşıyıcılarına bağlan- ması ve hem de açın. </li><li> başlangıç ​​olarak ayarlayın ve frekans taraması için sırasıyla 10 MHz ve 40 MHz, empedans analizörü frekansları dur. dielektrik sabiti bu PZT örnek için &gt;&gt; 1 olduğundan, dielektrik sabiti hesaplamak <img alt="denklem 44" src="/files/ftp_upload/53461/image044.jpg" /> Paralel plakalı yaklaşımı kullanılarak <img alt="denklem 45" src="/files/ftp_upload/53461/image045.jpg" /> Nerede kapasitans <img alt="denklem 46" src="/files/ftp_upload/53461/image046.jpg" /> 35 MHz ile ölçülür, bir elektrot alanı ve t numunenin kalınlığıdır. </li><li> empedans analizörü dört kapılı portuna 16048A adaptörünü bağlayın. </li><li> Kalibrasyon menüsünü görüntülemek için empedans analizörü CAL tuşuna basın. </li><li> 4TP 1M başlangıç ​​menüsünde yer alan Adaptörü görüntülemek ve seçmek için ADAPTÖR tuşuna basın. </li><li> Lcur ve Lpot terimini bağlayın04294-61001 arasında Hpot ve Hcur terminallerine 16048A ilgili inals. Diğer terminaller açık devre durumunda kalır. </li><li> Adaptör Kurulumu menüsünü görüntülemek için SET OFUP tuşuna basın. </li><li> [-] faz kompanzasyon verisi ölçümünü başlatmak için anahtar FAZ COMP basın. faz kompanzasyon veri ölçüm tamamlandığında, yazılım tuşu etiket değişir COMP fazına [BİTTİ]. </li><li> 04294-61001 ilgili Lcur, Lpot, Hpot ve Hcur terminallerine 16048A ilgili Lcur, Lpot, Hpot ve Hcur terminalleri bağlayın. </li><li> [-] ölçümünü başlatmak için anahtar YÜK basın. Yük veri ölçüm tamamlandığında, yazılım tuşu etiket değişir YÜK için [BİTTİ]. </li><li> empedans analizörü bir fikstür bağlayın ve bir açık devre durumunda tutmak. </li><li> CAL tuşuna basın ardından Armatür Tazminat menüsünü görüntülemek için seçenek tuşuna fikstür compen basın. </li><li> [-] Açık devre veri ölçümünü başlatmak için tuşuna AÇIK basın. yük veri ölçüm tamamlandığında, soft anahtarı etiketi değişir [AÇIK] OPEN. </li><li> Pozitif ve negatif uçları arasında bir bakır tel koyarak kısa fikstür. </li><li> [-] Kısa devre veri ölçümünü başlatmak için tuşuna kısa basın. Yük veri ölçüm tamamlandığında, Kısa yumuşak tuş etiket değişir [AÇIK]. </li><li> fikstür için 100 Ω direnç sabitleyin. daha sonra anahtar X1 basın 100 girin yumuşak tuş DEĞER DEFINE sonra RESIST LOAD basın. </li><li> YÜK tuşuna basın. Yük veri ölçüm tamamlandığında, yumuşak tuş etiket değişir [AÇIK] LOAD için. Şimdi kalibrasyon tamamlanır. </li><li> Daha sonra sıcaklık odasına bütün aksamını koymak fikstür örnek koymak ve kapıyı kapatın. </li><li> empedans analizörü panelindeki anahtar MEAS basın ve seçmek <img alt="denklem 47" src="/files/ftp_upload/53461/image047.jpg" /> . </li><li> kontrol bilgisayarı kullanarak 20 ° C&#39;ye odası sıcaklığını ayarlamak. </li><li> bağlı bilgisayarda yüklü olan tablo yazılımını açınempedans analizörü okumak ve empedans analizörü rekor verileri. </li><li> bilgisayarda bir yazılım kullanılarak kapasitans verilerini okuma ve dosyaya ölçülen sonuçları kaydetmek. </li><li> Odanın kontrol paneli üzerindeki YUKARI tuşuna basarak 5 ° C&#39;lik bir sıcaklık adım odası sıcaklığını değiştirin. kamara sıcaklığı sonra her bir sıcaklık artışında adımı yineleyin 3.23 stabil hale gelir. </li><li> kenetli dielektrik sabiti sıcaklık bağımlılığını belirlemek <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/53461/image003.jpg" /> kapasitans neredeyse frekans bağımsız hale geldiği 35 MHz&#39;de kapasitans değerini kullanarak paralel kapasitans formüle dayalı. </li><li> sırasıyla 1 kHz ve 10 kHz başlangıç ​​ve durma frekansları sıfırlayın. </li><li> Tekrarlayın numunenin düşük frekanslı kapasitesine sıcaklık bağımlılığını ölçmek için 3.21-3.24 adımları. ölçülen sonucu kaydedin. </li><li> ücretsiz Diel sıcaklık bağımlılığını belirlemekectric sabit <img alt="denklem 48" src="/files/ftp_upload/53461/image048.jpg" /> 1 kHz düşük frekanslı kapasitans kullanarak. </li><li> aseton kullanılarak örnek yüzeyinde iletken gümüş boya çıkarın. </li><li> poling z yönünde iki örnek yüzeyleri için iletken gümüş boya uygulayın. </li><li> Yineleyin 3.3-3.28 adımları. kenetlenmiş ve ücretsiz dielektrik sabitleri sıcaklık bağımlılığını belirlemek, <img alt="denklem 49" src="/files/ftp_upload/53461/image049.jpg" /> ve <img alt="denklem 50" src="/files/ftp_upload/53461/image050.jpg" /> . </li></ol> Oda sıcaklığı ve Mod Tanımlama de 4. Rezonans Frekansları Ölçüm <ol><li> Rezonans Frekansları ölçün. <ol><li> Iletim ve sadece örnek (Şekil 2) zıt köşelerinde kişileriyle RUS sisteminin alıcı dönüştürücüler arasına örnek koyun. kontaklar yüklenen yumuşak ilkbahar ve uygulanan basınç çok aydınlatabiliriz olduğunu unutmayınt, yeterli yerinde örnek tutun. Bu nedenle, herhangi bir hasar kişiler kaynaklanır. </li><li> Dinamik rezonans sistemi (Şekil 2) ve buna bağlı bilgisayarı açın. </li><li> Dinamik rezonans sisteminin kontrol arayüzünü çalıştırın. Başlangıç ​​frekansı f 1, 2 f stop sıklığını ve N tahsil edilecek veri noktalarının sayısını ayarlayın. / N az 0,1 kHz frekans çözünürlüğü sağlamak için - (f 2 1 f) böylece N seçin. Bu örnek için, 1 = 200 kHz, f 2 = 450 kHz ve N = 8,192 f ayarlayın. </li><li> Oda sıcaklığında, bu frekans aralığında numunenin rezonans tayfı ölçülür ve bir dosyaya spektrumu kaydedin. </li><li> bir dosyaya ölçülen sonucun ihracat ASCII veri. </li><li> Bir veri komplo yazılımı ile ASCII verilerini açın. Karekod birinci ve ikinci sütun RESPO gerçek ve hayali kısımlarını temsilsırasıyla, NSE,. </li></ol></li><li> Ölçülen Rezonans Frekanslar için tekabül eden Modları belirlemek. <ol><li> Frekans-genlik eğrisi (Şekil 3) çizilir. zirveleri örnek frekansları rezonans karşılık gelmektedir. </li><li> ölçülen oda sıcaklığı tam set tensör sabitleri kullanılarak rezonans frekanslarını hesaplayın. değerleri <img alt="Denklem 6" src="/files/ftp_upload/53461/image006.jpg" /> , <img alt="Denklem 7" src="/files/ftp_upload/53461/image007.jpg" /> , <img alt="Denklem 10" src="/files/ftp_upload/53461/image010.jpg" /> adımda 2.4-2.8 belirlenmiştir. değerleri <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/53461/image003.jpg" /> ve <img alt="denklem 4" src="/files/ftp_upload/53461/image004.jpg" /> adımlar 3.25 ve 3.31 olarak belirlendi. Formülü ile kesme piezoelektrik sabit e 15 belirleyin: <img alt="denklem 51" src="/files/ftp_upload/53461/image051.jpg" /> . İlk giriş val tahminve ues <img alt="denklem 52" src="/files/ftp_upload/53461/image052.jpg" /> , <img alt="denklem 53" src="/files/ftp_upload/53461/image053.jpg" /> Birkaç örneklerinden kombine tekniği kullanılarak ölçülen malzeme sabitleri dayalı e 31 ve e 33. Her moda rezonans frekansının hesaplanması için denklemler Ref verilmiştir almaktadır. 6. </li><li> Ölçülen rezonans frekansları için gelen modlarını belirlemek için bu ölçülen olanlarla hesaplanan rezonans frekansları karşılaştırın. </li><li> bir tahmin değerleri Vary <img alt="denklem 71" src="/files/ftp_upload/53461/image071.jpg" /> , <img alt="Denklem 9" src="/files/ftp_upload/53461/image009.jpg" /> E 31 ve e 33 iteratif ölçülen ve hesaplanan rezonans frekansları arasındaki toplam küresel hatayı en aza indirmek için. İstenilen doğruluk ulaşıldığında yineleme durur. </li></ol></li></ol> 5. rezonans tayfı measuYüksek Sıcaklıklarda rement ve Tam Set Malzeme Sabitleri.Kayaların Sıcaklık Bağımlılığı Belirlenmesi <ol><li> Yüksek Sıcaklıklarda Numune Rezonans Frekanslar ölçün. <ol><li> Bir hava fırınında (Şekil 4) içine numune tutucu tertibatını koyun. RUS sistemine montaj bağlamak için fırın duvarda bir delikten iki yüksek sıcaklık koaksiyel kablo tellerini kullanın. </li><li> Sadece numunenin zıt köşelerinde verici ve kişiler ile fırında zaten dönüştürücüler, alıcı arasındaki örnek koyun. </li><li> gerçek sıcaklık okumak için numune yakın bir termokupl koyun. fırının dışındaki bir termometre termokupl bağlayın. </li><li> fırın kapağını kapatın. </li><li> RUS sisteminin kontrol arayüzü açın. 200 kHz ve 450 kHz, sırasıyla, ve 8,192 veri noktalarının sayısına başlangıç ​​ve durma frekansları ayarlayın. </li><li> RUS sistem ölçüm yazılımı çalıştırın rezonans FRE ölçmekNumunenin ları, ve bir dosyaya sonuçları kaydedin. </li><li> DT = 5 ° C arasında bir basamak ile numunenin sıcaklığını arttırır. İstenen sıcaklık elde edilene kadar 5.1.6 tekrarlayın. Farklı bir ad kaydedilen her dosyayı ver. Not: Üst sıcaklık sının bağlantı telleri ve güç çeviricileri tarafından belirlenir. Burada, RUS birimi 200 ° C&#39;lik bir üst sıcaklık sınırına sahiptir. </li></ol></li><li> Tam Set Malzeme Sabitlerin Sıcaklık Bağımlılığı belirleyin. <ol><li> Tekrarlayın farklı sıcaklıklarda belirlenen her veri 4.1.5, 4.1.6 ve 4.2.1 numaralı adımları. </li><li> Her rezonans frekansının modunu belirleyin. Bir sonraki sıcaklık T + DT için bir referans olarak T sıcaklığında tespit modlarını kullanın. </li><li> Basit bir fonksiyonu her bir moda geçmek için ölçülen rezonans frekansı sıcaklık bağımlılığını monte (örneğin, bir doğrusal ya da ikinci dereceden bir fonksiyon) yazılımı çizme kullanılmıştır. </li><li> uyum tam set malzeme sabitleri belirleyinRUS geri çözer kendinden yazılmış bir bilgisayar programı (Şekil 5, Şekil 6) kullanılarak her bir sıcaklıkta ted rezonans frekansları. Not: Tanımlanan modları Rezonans frekansları sayısal hesaplamalara giriş parametreleri olarak hizmet vermektedir. rezonans frekanslarına malzeme sabitleri belirlemek prosedürü sapması fonksiyonunun yerel Minimizer bulma doğrusal olmayan bir en küçük kareler sorun <img alt="denklem 54" height="30" src="/files/ftp_upload/53461/image054.jpg" width="135" /> , burada <img alt="denklem 55" src="/files/ftp_upload/53461/image055.jpg" /> Hesaplanan rezonans frekansı, <img alt="denklem 56" src="/files/ftp_upload/53461/image056.jpg" /> ölçülen sonuçları donatılmış rezonans frekansı ve w i ağırlık faktörüdür. ölçülen rezonans frekansları bilinmeyen malzeme sabitlerinin hesaplanması için bilgisayar kodu L (Levenberg-Mauquardt dayalı yazılı olduğuLM algoritması uygularken M) algoritması 8 ve MINPACK 9 bazı FORTRAN altprogram çağrıldı. </li></ol></li><li> Tam Set Malzeme Sabitleri.Kayaların Kendinden tutarlılığını kontrol edin. <ol><li> ücretsiz dielektrik sabitleri hesaplamak <img alt="denklem 48" src="/files/ftp_upload/53461/image048.jpg" /> ve <img alt="denklem 50" src="/files/ftp_upload/53461/image050.jpg" /> ve inversiyon sonuçları (Şekil 7) 10 doğrudan ölçülen olanlarla bunları karşılaştırmak. </li><li> , Bunlar, örneğin, termodinamik kararlılık durum uyun olup olmadığını görmek için ayarlanmış elde edilen veriler Kontrol <img alt="denklem 58" src="/files/ftp_upload/53461/image058.jpg" /> PZT durumda. </li><li> Kullanarak d 15 hesaplanmış değerlerini karşılaştırınız <img alt="denklem 59" src="/files/ftp_upload/53461/image059.jpg" /> , ve <img alt="denklem 60" src="/files/ftp_upload/53461/image060.jpg" /> Ve d 33 değerleri hesaplanmışkullanma <img alt="denklem 61" src="/files/ftp_upload/53461/image061.jpg" /> ve <img alt="denklem 62" src="/files/ftp_upload/53461/image062.jpg" /> . Not: Bu ilişkiler farklı simetrilerinin için farklı olacaktır, ancak prensip aynıdır. Bağıl hata öngörülen ve ölçülen büyüklükler arasındaki% 5&#39;inden az olması durumunda, genel, sonuçlar kendi içinde tutarlı 11 olarak kabul edilecektir. Bir miktar farklı formüller 4,11 kullanılarak hesaplanır Bazı yayınlanan verilerde, hatta işareti yanlış olur. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Jaffe, B., Cook, W. R., Jaffe, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Piezoelectric Ceramics. , (1971).</li><li>Chaussy, C., Thuroff, S., Rebillard, X., Gelet, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Technology+insight:+High-intensity+focused+ultrasound+for+urologic+cancers.">Technology insight: High-intensity focused ultrasound for urologic cancers.</a> Nat. Clin. Pract. Urol. 2, 191-198 (2005).</li><li>Haar, G. T., Coussios, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+intensity+focused+ultrasound:+physical+principles+and+devices.">High intensity focused ultrasound: physical principles and devices.</a> Int. J. Hyperthermia. 23, 89-104 (2007).</li><li>Topolov, V. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comment+on+"Complete+sets+of+elastic,+dielectric,+and+piezoelectric+properties+of+flux-grown+[011]-poled+Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-(28-32)%+PbTiO3+single+crystals".">Comment on "Complete sets of elastic, dielectric, and piezoelectric properties of flux-grown [011]-poled Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-(28-32)% PbTiO3 single crystals".</a> Appl. Phys. Lett. 96, 196101 (2010).</li><li>Li, S. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+full+set+material+constants+of+piezoelectric+materials+based+on+ultrasonic+method+and+inverse+impedance+spectroscopy+using+only+one+sample.">Characterization of full set material constants of piezoelectric materials based on ultrasonic method and inverse impedance spectroscopy using only one sample.</a> J. Appl. Phys. 114, 104505 (2013).</li><li>Ohno, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rectangular+parallellepiped+resonance+method+for+piezoelectric+crystals+and+elastic+constants+of+alpha-quartz.">Rectangular parallellepiped resonance method for piezoelectric crystals and elastic constants of alpha-quartz.</a> Phys. Chem. Miner. 17, 371-378 (1990).</li><li>Ogi, H., Kawasaki, Y., Hirao, M., Ledbetter, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Acoustic+spectroscopy+of+lithium+niobate:+Elastic+and+piezoelectric+coefficients.">Acoustic spectroscopy of lithium niobate: Elastic and piezoelectric coefficients.</a> J. Appl. Phys. 92, 2451 (2002).</li><li>Pujol, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+solution+of+nonlinear+inverse+problems+and+the+Levenberg-Manquardt+method.">The solution of nonlinear inverse problems and the Levenberg-Manquardt method.</a> Geophysics. 72, 1-16 (2007).</li><li>Mor&#233;, J. J., Garbow, B. S., Hillstrom, K. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=User+Guide+for+MINPACK-1.">User Guide for MINPACK-1.</a> Argonne National Laboratories Report ANL-80-74. , (1980).</li><li>Tang, L. G., Cao, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+dependence+of+self-consistent+full+matrix+material+constants+of+lead+zirconate+titanate+ceramics.">Temperature dependence of self-consistent full matrix material constants of lead zirconate titanate ceramics.</a> Appl. Phys. Lett. 106, 052902 (2015).</li><li>Topolov, V. Y., Bowen, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inconsistencies+of+the+complete+sets+of+electromechanical+constants+of+relaxor-ferroelectric+single+crystals.">Inconsistencies of the complete sets of electromechanical constants of relaxor-ferroelectric single crystals.</a> J. Appl. Phys. 109, 094107 (2011).</li><li>Berlincourt, D., Krueger, H. H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Properties of Morgan Electroceramic ceramics. Technique publication TP-226. , (2000).</li><li>Migliori, A., Sarrao, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Resonant ultrasound spectroscopy. , (1997).</li><li>Zadler, B. J., Le Rousseau, J. H. L., Scales, J. A., Smith, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resonant+ultrasound+spectroscopy:+Theory+and+application.">Resonant ultrasound spectroscopy: Theory and application.</a> Geophys. J. Int. 156, 154-169 (2004).</li></ol>

Authors have nothing to disclose.

Burada anlatılan RUS teknik böylece kendini tutarlılık garanti edilebilir numuneden numuneye mülkiyet değişimi kaynaklanan hataları ortadan kaldırır sadece bir örnek, kullanarak tam set malzeme sabitleri ölçebilirsiniz. bunlar piezoelektrik ya da değil yöntem olup, yüksek bir kalite faktörü Q bir katı madde için bir madde de kullanılabilir. Tüm diğer standart karakterizasyon teknikleri tam set veri almak için birkaç örnek gerektiren ve kendi içinde tutarlı veri elde etmek zordur. <p class...

Kurşun zirkonat titanat (PZT) piezoelektrik seramikler, (1-x) 3 -xPbTiO 3 PbZrO ve türevleri yaygın 1950&#39;lerden 1 beri ultrasonik dönüştürücüler, sensörler ve aktüatörler kullanılmaktadır. Bu elektromekanik cihazların birçoğu, uzay araçları ve yeraltı kuyu giriş yüksek sıcaklık aralıkları, kullanılır. Ayrıca, bu tür tedavi ultrasonik dönüştürücüler, piezoelektrik transformatörler ve sonar projektörler, operasyon sırasında sık sık ısınma gibi yüksek güç aygıtları. Böyle bir sıcaklık artışları ciddi bir performans düşüşü neden rezonans frekanslarını ve dönüştürücüler odak noktası değişecektir. Yüksek yoğunluklu zaten tümörlerin tedavisi için klinik pratikte kullanılan ultrason (HIFU) teknolojisi, PZT seramik ultrasonik dönüştürücüler kullanmaktadır duruldu. Çalışma sırasında, bu dönüştürücüler sıcaklığı da HI değişecektir PZT rezonatörün sabitlerin bir değişiklik, neden artarFU odak noktası yanı sıra çıkış gücü 2,3. Odak noktası kayması, yani sağlıklı dokuları yerine kanserli dokuların tahrip ediliyor ciddi istenmeyen sonuçlara yol açabilir. Odak noktası kaydırma tahmin edilebilir, diğer yandan, bu tür bir Shift düzeltmek için, elektronik tasarımlar kullanabilir. Bu nedenle, piezoelektrik malzemelerin tam set malzeme özelliklerinin sıcaklık bağımlılığını ölçen birçok elektromekanik cihazlar, özellikle yüksek güç cihazların tasarımı ve değerlendirilmesi için çok önemlidir. Kutuplu ferroelektrik malzemeler günümüzde bilinen en iyi piezoelektrik malzemeler bulunmaktadır. Aslında, şu anda kullanılan neredeyse tüm piezoelektrik malzemeler katı çözelti PZT seramik ve (1-x) Pb (Mg 1/3 Nb 2/3) O 3 -xPbTiO 3 (PMN-PT) tek kristaller dahil ferroelektrik malzemeler vardır. empedans rezonans yöntemiyle IEEE (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) çok büyük ölçüde ile 5-7 örnekleri gerektirirCally tam set malzeme karakterize etmek için farklı geometriler 4 sabitleri. Numune özellikleri kutuplandırma düzeyine bağlıdır iken, kutuplandırma derecesi örnek geometri (sınır koşulları) bağlıdır çünkü ferroelektrik malzemeler için IEEE empedans rezonans yöntemini kullanarak kendi içinde tutarlı tam set matris verilerini elde etmek için neredeyse imkansız. varyasyonları numuneden kaynaklanan sorunları önlemek için, tüm sabitler bir örnekten ölçülmelidir. Li ve diğ., Titreşim eko ultrason ve ters empedans spektroskopisi 5 bir kombinasyonu kullanılarak, oda sıcaklığında bir numune tüm sabitleri başarılı bir ölçüm bildirilmiştir. Ne yazık ki, bu tekniğin fırın içinde doğrudan ultrasonik ölçümlerin yapılması mümkün değildir, çünkü yüksek sıcaklıklarda gerçekleştirmek zordur. Yüksek sıcaklıklarda çalışmak herhangi bir ticari olarak temin edilebilen kesme dönüştürücüler vardır. Buna ek olarak, bağlantı yağ trans bağlandığınıducer ve örnek yüksek sıcaklıklarda çalışamaz. Prensip olarak, RUS teknik yalnızca bir örnek 6,7 kullanarak piezoelektrik malzemeler ve ısı bağımlılığı tam set malzeme sabitlerini belirlemek için yeteneğine sahiptir. Ama RUS tekniğin doğru uygulanması için birkaç kritik adımlar vardır. İlk olarak, oda sıcaklığında tensör özelliklerinin tam grubu doğru darbe eko ve RUS teknikleri bir arada kullanılarak tespit edilmelidir. İkincisi, bu oda sıcaklığı veri setinin rezonans frekanslarını tahmin etmek ve ilgili modlarını belirlemek için ölçülen olanları maç için kullanılabilir. Üçüncü olarak, oda sıcaklığı up sıcaklığın her küçük artım için, bir ölçülen rezonans spektrumunun bu yeni sıcaklıkta tam set sabitleri almak için ölçülen rezonans spektrumuna karşı spektrum rekonstrüksiyon yapılması gerekiyor. Ardından, yeni veri yeni bir başlangıç ​​noktası olarak belirlenen kullanarak, biz<html> Bir sonraki sıcaklıkta tam set sabitleri almak için başka bir küçük sıcaklık adım sıcaklık artışı. Bu süreci devam eden bize tam set malzeme sabitleri sıcaklık bağımlılığını elde etmek için izin verecektir. Burada, PZT-4 piezoseramik Örnek RUS tekniğin ölçüm prosedürü göstermek için kullanılır. 5 elastik sabitler, 3 piezoelektrik sabitleri ve 2 dielektrik sabitleri: kutuplu PZT-4 seramik 10 bağımsız malzeme sabitleri ile ∞m simetriye sahiptir. dielektrik sabitleri rezonans frekansları değişim duyarsız olduğu için, ayrı ayrı, aynı numune kullanılarak ölçüldü. kenetli dielektrik sabitleri sıcaklığa bağımlılığı <img alt="denklem 3" src="/files/ftp_upload/53461/image003.jpg" /> ve <img alt="denklem 4" src="/files/ftp_upload/53461/image004.jpg" /> , Kapasite ölçümleri doğrudan ölçüldü ücretsiz dielektrik sabitleri iseOAD / 53461 / image005.jpg &quot;/&gt; ve <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/53461/image002.jpg" /> Aynı anda ölçülen veri tutarlılığı kontrolleri olarak kullanılmıştır. sabit bir elektrik alanı elastik sertlik sabitleri sıcaklığa bağlılığı <img alt="Denklem 6" src="/files/ftp_upload/53461/image006.jpg" /> , <img alt="Denklem 7" src="/files/ftp_upload/53461/image007.jpg" /> , <img alt="Denklem 8" src="/files/ftp_upload/53461/image008.jpg" /> , <img alt="Denklem 9" src="/files/ftp_upload/53461/image009.jpg" /> ve <img alt="Denklem 10" src="/files/ftp_upload/53461/image010.jpg" /> Ve piezoelektrik gerilme sabit 15, E 31, E ve E 33, aynı numune kullanılarak RUS tekniği ile belirlendi.

<table><tbody><tr><td>PZT-4</td><td>TRS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>paraffin</td><td>MTI Corporation</td><td>8002-74-2</td><td></td></tr><tr><td>conductive silver paint</td><td>MG Chemicals</td><td>842-20G</td><td></td></tr><tr><td>Al&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; Powder</td><td>MTI Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>coupling grease</td><td>Panametrics</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

characterization of full set material constants and their temperature dependence for piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy

Yüksek güç elektromekanik cihazların operasyon sırasında, bir sıcaklık artışı cihazı performansının azalmasına neden, mekanik ve elektrik kayıplara kaçınılmazdır. Bilgisayar simülasyonları kullanılarak bu bozulmaları değerlendirilmesi amacıyla, yükseltilmiş sıcaklıklarda tam matris malzeme özellikleri girdi olarak ihtiyaç vardır. Dolayı farklı geometriye örnekleri arasında güçlü anizotropik doğa ve mülkiyet değişimine ferroelektrik malzemeler için bu tür verileri ölçmek için son derece zordur. depolarizasyon derecesi büyük ölçüde farklı geometriye sahip birkaç örnek gerektirir IEEE (Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü) empedans rezonans tekniği ile elde edilen sınır koşulu bağımlı, veri olduğundan, genellikle kendini tutarlılık eksikliği. Rezonans ultrason spektroskopisi (RUS) tekniği tam set malzeme sabitleri variat numuneden kaynaklanan hataları ortadan kaldırmak, hangi sadece bir örnek kullanılarak ölçülebilir sağlariyon. Ayrıntılı RUS prosedürü kurşun zirkonat titanat (PZT-4) piezoseramikli numune kullanılarak burada gösterilmiştir. Örneğin, malzeme sabitler complete set, 120 ° C ila oda sıcaklığında ölçüldü. Ölçülen ücretsiz dielektrik sabitleri <img alt="denklem 1" src="/files/ftp_upload/53461/image001.jpg" /> ve <img alt="denklem 2" src="/files/ftp_upload/53461/image002.jpg" /> ölçülen tam set verilere dayanarak hesaplanan olanlarla karşılaştırıldığında vardı ve piezoelektrik sabitleri 15 d ve 33 farklı formüller kullanılarak hesaplanmıştır d. Mükemmel anlaşma RUS ile elde edilen veri setinin kendini tutarlılığı teyit sıcaklıklar, tüm aralığı tespit edildi.

inversiyon kullanılan LM Algoritma yerel minimum bulucu. Bu nedenle, elastik sertlik sabitleri başlangıç ​​değerleri <img alt="Denklem 6" src="/files/ftp_upload/53461/image006.jpg" /> , <img alt="Denklem 7" src="/files/ftp_upload/53461/image007.jpg" /> , <img alt="Denklem 8" src="/files/ftp_upload/53461/image008.jpg" /> , <img alt="Denklem 9" src="/files/ftp_upload/53461/image009.jpg" /> , ve <img alt="Denklem 10" src="/files/ftp_upload/53461/image010.jpg" /> Ve piezoelektrik sa...

Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy at JoVE.co

Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

This protocol describes the procedure of measuring the temperature dependence of the full set material constants of piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy (RUS).

Tam Set Malzeme sabitleri Karakterizasyonu ve rezonans Ultrason Spektroskopisi kullanarak Piezoelektrik Malzemelerin Onların Sıcaklık Bağımlılığı

During the operation of high power electromechanical devices, a temperature rise is unavoidable due to mechanical and electrical losses, causing the ...

characterization-full-set-material-constants-their-temperature

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

9.4K Görüntüleme.  Xiamen University. This protocol describes the procedure of measuring the temperature dependence of the full set material constants of piezoelectric materials using resonant ultrasound spectroscopy (RUS). 

Video: Characterization of Full Set Material Constants and Their Temperature Dependence for Piezoelectric Materials Using Resonant Ultrasound Spectroscopy

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including conductive, semi-conductive or nonconductive one-dimensional structures. This technique broadens the measurement scope of materials (conductive and nonconductive) and improves the accuracy and stability. If the sample (especially biomaterials, such as human head hair, spider silk, and silkworm silk) is not conductive, it will be coated with a gold layer to make it electronically conductive. The effect of parasitic conduction and radiative losses on the thermal diffusivity can be subtracted during data processing. Then the real thermal conductivity can be calculated with the given value of volume-based specific heat (&#961;cp), which can be obtained from calibration, noncontact photo-thermal technique or measuring the density and specific heat separately. In this work, human head hair samples are used to show how to set up the experiment, process the experimental data, and subtract the effect of parasitic conduction and radiative losses.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials.

Tek boyutlu Katı Malzemelerin Termal Ulaştırma Karakterizasyonu

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

Mühendislik

Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

Sıvı Metal Elektrot Ultrason Hızı Ölçümü

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

Measurement of Vibration Detection Threshold and Tactile Spatial Acuity in Human Subjects

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about mechanosensory function that are relevant for clinical diagnosis as well as for basic research. Here, we describe two psychophysical tests designed to determine the vibration detection threshold (automated system) and tactile spatial acuity (handheld device). Both procedures implement a two-interval forced-choice and a transformed-rule up and down experimental paradigm. These tests have been used to obtain mechanosensory profiles for individuals from distinct human cohorts such as twins or people with sensorineural deafness.

Here, we present protocols to determine vibration detection thresholds and tactile acuity using psychophysical methods in man.

İnsan Bireylerde Titreşim Algılama Eşiği ve Tactile Mekansal Keskinliği Ölçümü

Tests that allow the precise determination of psychophysical thresholds for vibration and grating orientation provide valuable information about ...

Davranış

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

Ultrasonik Yağlama üzerinde deneyler bir piezoelektrik destekli tribometre ve Optik profilometre kullanma

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we demonstrate an optical spectroscopy method that is capable of resolving spectral features beyond that of the spin fine structure and homogeneous linewidth of single quantum dots (QDs) using a standard, easy-to-use spectrometer setup. This method incorporates both laser and photoluminescence spectroscopy, combining the advantage of laser line-width limited resolution with multi-channel photoluminescence detection. Such a scheme allows for considerable improvement of resolution over that of a common single-stage spectrometer. The method uses phonons to assist in the measurement of the photoluminescence of a single quantum dot after resonant excitation of its ground state transition. The phonon&#39;s energy difference allows one to separate and filter out the laser light exciting the quantum dot. An advantageous feature of this method is its straight forward integration into standard spectroscopy setups, which are accessible to most researchers.

The manuscript describes a method of phonon-assisted quasi-resonant fluorescence spectroscopy that incorporates both laser-limited resolution and photoluminescence (PL) spectroscopy. This method utilizes optical phonons to provide linewidth-limited resolution spectra of atom-like semiconductor structures in the energy domain. The method is also easily realized with a single spectrometer optical spectroscopy setup.

Yüksek Çözünürlüklü Fonon destekli Yarı-rezonans Floresans Spektroskopisi

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Süperiletken Rezonatörler Fabrikasyon ve Karakterizasyonu

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic imaging. In medical applications, one of the major limitations of optical sensing technology is its susceptibility to environmental conditions, e.g. changes in pressure and temperature, which may saturate the detection. Additionally, the clinical environment often imposes stringent limits on the size and robustness of the sensor. In this work, the combination of pulse interferometry and fiber-based optical sensing is demonstrated for ultrasound detection. Pulse interferometry enables robust performance of the readout system in the presence of rapid variations in the environmental conditions, whereas the use of all-fiber technology leads to a mechanically flexible sensing element compatible with highly demanding medical applications such as intravascular imaging. In order to achieve a short sensor length, a pi-phase-shifted fiber Bragg grating is used, which acts as a resonator trapping light over an effective length of 350 &#181;m. To enable high bandwidth, the sensor is used for sideway detection of ultrasound, which is highly beneficial in circumferential imaging geometries such as intravascular imaging. An optoacoustic imaging setup is used to determine the response of the sensor for acoustic point sources at different positions.

Optical detection of ultrasound is impractical in many imaging scenarios because it often requires stable environmental conditions. We demonstrate an optical technique for ultrasound sensing in volatile environments with miniaturization and sensitivity levels appropriate for optoacoustic imaging in restrictive scenarios, e.g. intravascular applications.

Geniş bant Tıbbi Görüntüleme Uygulamaları Ultrason Optik Dedektörü

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

Biyomühendislik

Ultrasonic Fatigue Testing in the Tension-Compression Mode

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on exposing the specimen to longitudinal vibrations on its resonance frequency close to 20 kHz. With use of this method, it is possible to significantly decrease the time required for the test, when compared to conventional testing devices usually working at frequencies under 200 Hz. It is also used to simulate loading of material during operation in high speed conditions, such as those experienced by components of jet engines or car turbo pumps. It is necessary to operate only in the high and ultra-high cycle region, due to the possibility of extremely high deformation rates, which can have a significant influence on the test results. Specimen shape and dimensions have to be carefully selected and calculated to fulfill the resonance condition of the ultrasonic system; thus, it is not possible to test the full components or specimens of arbitrary shape. Before each test, it is necessary to harmonize the specimen with the frequency of the ultrasonic system to compensate for deviations of the real shape from the ideal one. It is not possible to run a test until a total fracture of the specimen, since the test is automatically terminated after initiation and propagation of the crack to a certain length, when the stiffness of the system changes enough to shift the system out of the resonance frequency. This manuscript describes the process of evaluation of materials' fatigue properties at high-frequency ultrasonic fatigue loading with use of mechanical resonance at a frequency close to 20 kHz. The protocol includes a detailed description of all steps required for a correct test, including specimen design, stress calculation, harmonizing with the resonance frequency, performing the test, and final static fracture.

A protocol for ultrasonic fatigue testing in the high and ultra-high cycle region in axial tension-compression loading mode.

Ultrasonik yorgunluk gerginlik-sıkıştırma modunda test

Ultrasonic fatigue testing is one of a few methods which allow investigating fatigue properties in the ultra-high cycle region. The method is based on ...

Fabrication and Characterization of Thickness Mode Piezoelectric Devices for Atomization and Acoustofluidics

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid more efficiently, in terms of &#64258;ow rate per power input, than those that rely on Rayleigh waves and other modes of vibration in LN or lead zirconate titanate (PZT). The complete device is composed of a transducer, a transducer holder, and a &#64258;uid supply system. The fundamentals of acoustic liquid atomization are not well known, so techniques to characterize the devices and to study the phenomena are also described. Laser Doppler vibrometry (LDV) provides vibration information essential in comparing acoustic transducers and, in this case, indicates whether a device will perform well in thickness vibration. It can also be used to &#64257;nd the resonance frequency of the device, though this information is obtained more quickly via impedance analysis. Continuous &#64258;uid atomization, as an example application, requires careful &#64258;uid flow control, and we present such a method with high-speed imaging and droplet size distribution measurements via laser scattering.

Fabrication of piezoelectric thickness mode transducers via direct current sputtering of plate electrodes on lithium niobate is described. Additionally, reliable operation is achieved with a transducer holder and &#64258;uid supply system and characterization is demonstrated via impedance analysis, laser doppler vibrometry, high-speed imaging, and droplet size distribution using laser scattering.

Atomizasyon ve Acoustofluidics için Kalınlık Modu Piezoelektrik Cihazların İmalatı ve Karakterizasyonu

We present a technique to fabricate simple thickness mode piezoelectric devices using lithium niobate (LN). Such devices have been shown to atomize liquid ...

<meta charset="utf8"></head><body>3D Baskılı Polimer Metamalzemelerin Viskoelastik Özelliklerinin Karakterize Edilmesi

Characterizing Dissipative Elastic Metamaterials Produced by Additive Manufacturing

Viscoelastic behavior can be beneficial in enhancing the unprecedented dynamics of polymer metamaterials or, in contrast, negatively impacting their wave control mechanisms. It is, therefore, crucial to properly characterize the viscoelastic properties of a polymer metamaterial at its working frequencies to understand viscoelastic effects. However, the viscoelasticity of polymers is a complex phenomenon, and the data on storage and loss moduli at ultrasonic frequencies are extremely limited, especially for additively manufactured polymers. This work presents a protocol to experimentally characterize the viscoelastic properties of additively manufactured polymers and to use them in the numerical analysis of polymer metamaterials. Specifically, the protocol includes the description of the manufacturing process, experimental procedures to measure the thermal, viscoelastic, and mechanical properties of additively manufactured polymers, and an approach to use these properties in finite-element simulations of the metamaterial dynamics. The numerical results are validated in ultrasonic transmission tests. To exemplify the protocol, the analysis is focused on acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and aims at characterizing the dynamic behavior of a simple metamaterial made from it by using fused deposition modeling (FDM) three-dimensional (3D) printing. The proposed protocol will be helpful for many researchers to estimate viscous losses in 3D-printed polymer elastic metamaterials that will improve the understanding of material-property relations for viscoelastic metamaterials and eventually stimulate the use of 3D-printed polymer metamaterial parts in various applications.

<meta charset="utf8"></head><body>Eklemeli İmalat ile Üretilen Dağıtıcı Elastik Metamalzemelerin Karakterizasyonu

Additively manufactured polymers have been widely used for producing elastic metamaterials. The viscoelastic behavior of these polymers at ultrasonic frequencies remains, however, poorly studied. This study reports a protocol to estimate the viscoelastic properties of 3D-printed polymers and show how to use them to analyze the metamaterial dynamics.

Eklemeli İmalat ile Üretilen Dağıtıcı Elastik Metamalzemelerin Karakterizasyonu 

Viscoelastic behavior can be beneficial in enhancing the unprecedented dynamics of polymer metamaterials or, in contrast, negatively impacting their wave ...