Page 46 - 理化检验-物理分册2024年第十一期

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试验与研究 DOI:10.11973/lhjy-wl240080

典型压电材料在液氮低温环境下的压电性能

刘岳鹏，朱子环，周 磊，王晓宇
（北京航天试验技术研究所，北京 100074）

摘 要：对压电材料进行阻抗测试可以获取压电振子等效电路的谐振频率和模型参数。对压电
材料在室温及液氮低温下的性能进行测试。结果表明：不同压电材料在室温与液氮低温下的谐振频
率、介电常数、机电耦合系数、介质损耗等参数存在较大的差异；在液氮低温环境下，压电材料的谐
振电阻、谐振频率、介质损耗都存在不同程度的增大，介电常数、平面机电耦合系数均存在不同程度
的减小，液氮低温环境会对BaTiO 3 及钛酸锶钡的介质损耗造成不可逆的影响。
关键词： 压电材料；液氮低温环境；等效电路；谐振频率；介质损耗
中图分类号：TB30；TN384 文献标志码：A 文章编号：1001-4012(2024)11-0030-05
Piezoelectric properties of typical piezoelectric materials in low
temperature environment of liquid nitrogen

LIU Yuepeng, ZHU Zihuan, ZHOU Lei, WANG Xiaoyu

(Beijing Institute of Aerospace Testing Technology, Beijing 100074, China)
Abstract: Impedance testing of piezoelectric materials could obtain the resonant frequency and model parameters
of the equivalent circuit of piezoelectric oscillators. Test the performance of piezoelectric materials at room temperature
and low temperature of liquid nitrogen. The results show that there were significant differences in the resonant frequency,
dielectric constant, electromechanical coupling coefficient, dielectric loss of different piezoelectric materials at room
temperature and low temperature of liquid nitrogen. In the low temperature environment of liquid nitrogen, the resonant
resistance, resonant frequency, and dielectric loss of piezoelectric materials increased to varying degrees, while the
dielectric constant and planar electromechanical coupling coefficient decreased to varying degrees. The low temperature
environment of liquid nitrogen would have an irreversible impact on the dielectric loss of BaTiO and strontium titanate.
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Keywords: piezoelectric material; low temperature environment of liquid nitrogen; equivalent circuit; resonant
frequency; dielectric loss

压电材料具有显著的压电效应特性，当对其施 显著降低。鉴于这种极端的低温环境，当对发动机
加机械应力或压力时，其内部会产生电势差，能实现 的振动和应力波等进行关键测试任务时，压电材料
力学性能到电能的转化。反之，若在压电材料上施 作为传感器中的关键敏感元件，其谐振频率、介电常
加电场，其会发生机械变形，能实现电能到力学性能 数、机电耦合系数及介质损耗等性能参数可能会出
的转换。这种独特的性能使得压电材料在航空航天、 现显著的变化 。在低温条件下，压电材料的性能
[3]
电子信息、声学等领域具有广泛的应用价值 。随 表现对于确保测试结果的精确性和可靠性具有决定
[1]
着现代科技的不断进步，对材料性能的要求也在不 性意义，因此对液氮低温环境下压电材料的性能稳
[4]
[2]
断提高 。在航天测试领域，氢氧火箭发动机的燃 定性研究至关重要 。
料为液氢和液氧，导致发动机相关组件的表面温度 国内外学者对压电材料相继开展了不同温度下
的相关性能测试，GERSON 在温度为4~100 K下
[5]
收稿日期：2024-03-19
测试了已极化压电材料的性能，发现该材料在较低
基金项目：国防科工局基础科研项目（JCKY2022203C034）
[6]
温度下仍然具有较明显的压电活性。WANG等 对
作者简介：刘岳鹏（1990-） ，男，硕士，高级工程师，主要从事航
天发动机试验、低温设备监测等工作，liuyuepeng0419@163.com PZT-5H材料的温度依赖性进行了探究，发现随着温
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