具有附加质量层的压电薄膜结构剪切振动研究

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薄膜体声波谐振器因其特有的优势已广泛应用于无线通讯领域。薄膜体声波谐振器应用于生物化学传感领域也日益受到关注,而生物化学传感需要在液体环境中工作。压电材料构成了薄膜体声波谐振器的基础,压电材料常用的振动模式主要有厚度伸缩和厚度剪切振动,与厚度伸缩相比厚度剪切模式更适合于液体环境。而c轴倾斜的压电薄膜结构可以激发出纯剪切模态。本文以线性压电理论、电场理论为基础,研究了c轴倾斜压电薄膜结构的厚度剪切振动问题。论文的主要工作有:  (1)研究了覆盖层为粘性导电流体和粘弹性体时,c轴倾斜的ZnO压电薄膜结构的厚度剪切振动。分别给出压电层和覆盖层的控制方程,利用边界条件和连续条件推导出频率方程。通过Matlab进行数值计算,探讨了流体层厚度、密度、粘性系数以及电导率对结构谐振频率的影响。还探究了粘弹性层的性质对压电结构谐振频率的作用。  (2)研究了压电薄膜在高频振动时的粘性效应对谐振频率的影响。在本问题中,采用Kelvin模型描述压电薄膜的粘性效应。通过数值计算分析了电极厚度以及粘性系数对谐振频率及导纳的影响关系。  (3)研究了由高低声阻抗材料构成的周期结构的薄膜体声波谐振器的厚度剪切振动。通过各层的控制方程,利用边界条件和连续条件得到相应的方程组。通过Matlab进行模拟,得到高低声阻抗材料的厚度比,基体层厚度以及电极厚度对谐振频率的作用。
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