靳少佳，秦 雷

(北京信息科技大学 北京市传感器重点实验室，北京 100192)

0 引言

压电材料作为换能器是实现能量相互转换的关键敏感元件，在现代水声探测、超声无损检测以及能量收集等领域发挥着重要作用。目前绝大多数的高性能压电材料都应用其d33模态进行能量转换，因为其具有制备工艺简单、压电性强、机电耦合系数大的特点。但目前对于d33模态的应用已经达到其理论极限值，进一步提升性能的可能性较低，很难再有新的突破。剪切振动模态是压电材料所具有的几种基本振动模态之一，其极化方向和电场方向垂直分布。对于某些特有的陶瓷以及压电单晶的部分切型，d15剪切振动模态相较于d33纵向、d31横向伸缩振动模态，具有更高的机电耦合系数和压电常数；但由于压电材料剪切振动模态形变为切向的，导致声辐射面上各点位移具有不同的相位，无法有效地辐射声波。目前国内外尚未将压电材料剪切振动模态应用于水声换能器领域，研究主要集中在能量收集、超声、压电致动器和压电换能器等方面。曾洲等[1]提出了一种基于剪切模式的悬臂梁低频驱动复合结构压电能量收集器，通过悬臂梁和夹层结构共同作用对PMN-PT晶体实施剪切，在质量为13.5 g、激励加速度为1g和激励频率为40.5 Hz的情况下，该装置能产生60.8 V的电压和10.8 mW/cm3的功率密度，取得了较高的输出功率。鹿存跃等[2]应用压电陶瓷d15模态逆压电效应有助于扩大定子振幅这一特性，提出了一种新的切变型弯曲振动的压电陶瓷柱元件，并应用于弯曲摇头型超声波电动机中，驱动效率大幅提高，证明其在发展大应变、微型化超声波电动机方面有较好的应用前景。……