《Nature Communications》:3D打印压电陶瓷微型换能器

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分类：行业动态
发布时间：2023-05-05 09:33
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2023年4月27日，美国加州大学的研究人员在《Nature Communications》上发表题为3D Printing and processing of miniaturized transducers with near-pristine piezoelectric ceramics for localized cavitation的研究文章，报道了通过优化压电陶瓷的3D打印策略，制备出在超声波频率下工作的高响应压电微换能器。

原文链接：

//doi.org/10.1038/s41467-023-37335-w

研究简介

超声换能器的性能在很大程度上取决于其活性元件的压电特性和几何形状。由于压电陶瓷的脆性，现有的压电元件加工工具只能实现简单的几何形状，包括扁平的圆盘、圆柱体、立方体和圆环。虽然增材制造的进步导致了压电陶瓷的自由形式制造，但由此产生的换能器存在高孔隙率、弱压电响应和有限的几何柔韧性等问题。

本文介绍了优化的压电陶瓷的3D打印策略，以生产在超声波频率下工作的高响应压电微换能器。3D打印的致密压电元件实现了高压电系数和复杂结构。3D打印压电陶瓷的压电电荷常数d33和耦合系数分别达到583 pC/N和0.57，接近原始陶瓷的性能。传感器封装材料和具有微结构的3D打印压电陶瓷的集成打印为小型化压电超声换能器创造了机会，这些换能器能够在毫米尺寸的通道内进行声聚焦和局部空化，从而实现小型化超声设备，从而实现广泛的生物医学应用。

研究内容解读

本文提出了一种3D打印工艺，可用于打印致密锆钛酸铅(PZT)元件和具有微尺度特征和高压电响应的封装换能器。采用该工艺制备的压电元件的压电电荷常数和机电耦合系数高达583 pC/N，相当于原始材料的92.5%，优于目前可打印的压电材料。