[001]织构化PMN-PZT/环氧树脂1-3型压电复合材料的声学换能器设计与性能突破

来自国内的研究人员针对高性能声学换能器对压电材料的迫切需求，通过有限元模拟与实验结合，成功开发出[001]织构化0.4Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.25PbZrO3-0.35PbTiO3-0.5% MnO2/环氧树脂1-3型压电复合材料(T-Mn-PMN-PZT/epoxy)。该材料在60%压电相体积分数和0.6纵横比时性能最优，机电耦合系数达0.76-0.80，压电优值提升至70893×10-15 m2/N，-20°C至80°C温域性能稳定，换能器输出电压(Vpp)提升45%，带宽增加近1倍，为高性能换能器提供创新解决方案。

　　

在声学换能器领域，织构化压电材料因其卓越的压电常数(d₃₃)和机电耦合系数(k_t)成为研究热点。这项研究聚焦于[001]晶向择优生长的0.4PMN-0.25PZ-0.35PT-0.5%MnO₂织构化陶瓷(T-Mn-PMN-PZT)与环氧树脂复合的1-3型结构设计。通过精密的有限元建模发现，当压电陶瓷柱体积占比60%、纵横比0.6时，复合材料呈现最优振动模态与能量转换效率。

实验采用"切割-填充"工艺制备的样品展现出惊人性能：机电耦合系数高达0.76-0.80，压电优值(d₃₃×g₃₃)飙升至70893×10^-15 m²/N，远超传统压电陶瓷。更令人振奋的是，在-20°C到80°C的严苛温度考验下，性能波动不足5%，彰显卓越的环境适应性。

当应用于实际换能器时，这种"陶瓷-聚合物"复合结构展现出碾压式优势：与块体陶瓷器件相比，输出电压峰峰值(V_pp)提升45%达6.75V，-6dB带宽更是翻倍至31.1%。这种突破性进展主要归功于环氧树脂基体对横向振动的有效抑制，以及织构化陶瓷沿[001]方向极化的本征优势。该研究为水下声呐、医学超声等高端换能器的发展提供了革命性材料解决方案。