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物理学科学术报告(曹文武 美国宾夕法尼亚州立大学)

发布者:物电研究生办   发布时间:2019-12-10  浏览次数:86


报告题目:PMN-PT驰豫铁电单晶的电滞回线对于频率和温度的依赖关系

报告时间:20191212日(星期四)10:20-11:20

报告地点:科技北楼29-414

人: 曹文武 美国宾夕法尼亚州立大学教授

报告摘要: PMN-PT驰豫铁电单晶的发现使医用超声诊断设备的性能得到了巨大的提升。与传统的PZT压电陶瓷相比,PMN-PT驰豫铁电单晶的压电系数d33提升了4倍以上,高达2000 pC/N;机电耦合系数也从70%提高到了90%,使二次谐波成像技术得以实现。然而,PMN-PT驰豫铁电单晶的矫顽场只有PZT压电陶瓷矫顽场的1/5,这为PMN-PT驰豫铁电单晶应用于高频超声探头带来了不确定性。而现代医学B-超的运行模式用的都是双极性脉冲,特别是利用多普勒效应进行血流测量则需要20多个连续单音正波脉冲。为了有足够大的回波信号,高频时超声设备的驱动电场一般都会超过PMN-PT单晶的矫顽场,这就可能导致压电材料极化矢量反转而报废探头。针对这样一个实际问题,我们分析了极化反转的相关物理机制,测量了电滞回线随温度和频率的变化关系,特别是对于0.71Pb(Mg1/3Nb2/3)O3–0.29PbTiO3组分的单晶定量地给出了矫顽场随温度和频率的变化关系,为PMN-PT驰豫铁电单晶的高频应用提供了非常重要的理论依据。我们的研究结果表明,当超声频率超过1兆赫兹时,有效矫顽场至少增加一倍以上;当频率超过5兆赫兹以上,有效矫顽场可以达到低频矫顽场的3倍以上。因此,在室温下PMN-PT驰豫铁电单晶完全可以用于制备高频医用超声探头。需要注意的是有效矫顽场会随着温度升高而降低,因此,在高频应用时需保持压电材料的温度在30°C以下。

报告人简介:曹文武教授是美国宾夕法尼亚州立大学数学系与材料研究院共聘的终身教授;教育部长江学者讲座教授、国家特聘专家、973项目首席科学家。曹教授是凝聚态物理学博士、材料物理博士后,历任物理系教授、数学与材料科学教授、生物医学工程专业博导、仪器科学与工程系讲座教授、医科大学客座教授和海洋物理专业讲习教授。他多年从事交叉学科的科研和教学工作,是新型压电材料、全矩阵物性测量、超声换能器和超声设备等领域的国际知名专家。已发表SCI学术论文620余篇,包括多篇《Nature Materials》、《Advanced Materials》、《Nature Communications》、《PNAS》、《Advanced Functional Materials》、《Physical Review Letters》等顶级期刊论文;引用超过17000余次, H-因子62;合著专著5部并获得国家发明专利30余项。他的团队在声动力和光动力无创治疗动脉粥样硬化和癌症的研究方面以及超声、光声、声动力癌症治疗仪器研究方面获得了多项具有世界先进水平的科研成果。目前他团队已经有两项新型压电材料研究成果进入了产业化中试阶段。