线聚焦无镜头式聚偏氟乙烯超声探头的研制及V(f,z)分析法在表面波波速测量中的应用

线聚焦式超声材料性质表征系统可以对水浸试样漏表面波或类漏表面波的相速度进行精确的测量,但鉴于传统超声显微镜镜头的材料昂贵且制作困难,采用厚度为40?m的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)压电薄膜作为激励/接收元件,设计、制作两个应用于声学显微系统的线聚焦无镜头式PVDF超声换能器,其中心频率分别为5 MHz和11 MHz。区别于传统超声显微镜高昂的设备费用与利用单频V(z)曲线测量空间振荡周期?z的方法,基于二维傅里叶变换开发出一种改进的适用于宽频的V(f,z)分析法,并发展建立一套成本较低的用于测量材料漏表面波波速的散焦试验系统。为测试换能器、算法和整体系统的性能,对抛光熔融石英进行非接触式水浸超声试验,利用V(f,z)分析法提取出表面波波速,并将试验结果与理论值进行对比,两者吻合较好。

CO_(2)和O_(2)在聚乳酸/聚偏二氟乙烯共混物中扩散行为的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了CO_(2)和O_(2)分子在聚乳酸/聚偏二氟乙烯(PLA/PVDF)共混物中的扩散行为;通过菲克第一定律和Einstein关系式计算了共混物体系模型的自由体积分数以及CO_(2)和O_(2)分子在体系中的扩散系数,研究探讨了自由体积分数与探头半径的关系及自由体积分数与扩散系数的关系。结果表明,当PLA/PVDF共混物中PLA和PVDF的质量比为9∶1时,CO_(2)和O_(2)气体分子的扩散系数均为最小,共混物阻隔性能最好;共混体系中小分子的动力学半径越小,扩散系数越大;自由体积分数随硬球探头模型中探头半径的增大而减小;不同共混物体系中,自由体积分数的变化趋势与扩散系数一致,与Fox和Flory的自由体积理论相符。

基于热释电传感器的聚焦超声场声功率测量方法研究

为实现聚焦声场声功率的快速、精确测量,提出了基于PVDF热释电传感器的声功率测量方法。首先,基于热释电传感器声功率测量的原理建立了有限元模型,并围绕超声功率测量的影响因素开展了仿真分析;其次,搭建测试系统开展了声功率测量的方法研究。研究表明,该测量方法在声场焦区域和非声场焦区域都可以进行测量,且输出信号与辐射声功率呈线性关系,测量误差最大为8.2%,符合声学计量要求。通过实验与仿真对比分析,结果验证了该方法的可靠性和准确性。

V(f,z)分析方法在小尺寸材料弹性常数测量中的应用

针对小尺寸材料弹性常数的测量,提出了一种频域处理方法——V(f,z)分析方法.V(f,z)分析方法基于声学显微镜技术,使用线聚焦聚偏二氟乙烯(PVDF)探头,测定材料的表面波波速,计算材料的弹性常数.采用该分析方法对块体不锈钢试件的弹性常数进行了测量,测量结果与理论值相吻合.误差分析结果表明,V(f,z)分析方法具有较高的测量精度,泊松比和杨氏模量的测量误差均小于5%,能满足工程和科学研究的要求.此外,V(f,z)分析方法可测得不同频率的频散曲线,不仅适用于块体材料,而且适用于薄板、涂层等具有频散特性的材料,这为进一步测量薄板材料和涂层材料的弹性常数奠定了分析基础.