Акустические волны в структурах, содержащих пьезоэлектрические, диэлектрические, металлические и нанокомпозитные полимерные слои тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, кандидат физико-математических наук Кузнецова, Анастасия Сергеевна

• Кузнецова, Анастасия Сергеевна
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Кузнецова, Анастасия Сергеевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение

Глава 1. Чувствительность акустических волн в тонких пьезоэлектрических пластинах к металлическим и диэлектрическим слоям

1.1. Акустические волны в структуре «вакуум -

пьезоэлектрическая пластина - металл - вакуум»

1.1.1. Основные уравнения и граничные условия

1.1.2. Метод решения задачи

1.1.3. Результаты теоретического анализа

1.2. Акустические волны в структуре «вакуум -пьезоэлектрическая пластина - диэлектрик - вакуум»

1.3. Чувствительность акустических волн в тонких пьезоэлектрических пластинах к диэлектрическим слоям в присутствии жидкости

1.3.1. Исходные уравнения, граничные условия и метод решения

1.3.2. Акустические волны в структуре «вакуум -пьезоэлектрическая пластина - диэлектрик - жидкость»

1.4. Выводы

Глава 2. Влияние нанокомпозитных полимерных материалов на

свойства акустических волн в пьезоэлектрических

пластинах

2.1. Акустические волны в структуре «вакуум -

нанокомпозитный слой - пьезоэлектрическая пластина -

вакуум»

2.1.1. Основные уравнения и метод решения задачи

2.1.2. Результаты теоретического анализа характеристик 8Н0 акустических волн в структуре «вакуум - нанокомпозитный

полимерный слой - пьезоэлектрическая пластина - вакуум»

2.2. Структура «вакуум - нанокомпозитный слой - вакуум -пьезоэлектрическая пластина - вакуум»

2.2.1. Основные уравнения и граничные условия

2.2.2. Результаты теоретического анализа

2.3. Выводы

Глава 3. Новые методы управления температурным коэффициентом

задержки акустических волн в тонких пьезоэлектрических пластинах

3.1. Управление температурным коэффициентом задержки в структуре «пьезоэлектрическая пластина - невязкая непроводящая жидкость»

3.1.1. Влияние температуры на скорость 8Н0 волн в тонких пьезоэлектрических пластинах

3.1.2. Влияние диэлектрической проницаемости жидкости на скорость 8Но волн в тонких пьезоэлектрических пластинах

3.1.3 Влияние температуры на характеристики 8Н0 волны в структуре «пьезоэлектрическая пластина - невязкая и непроводящая жидкость»

3.1.3.1. Теоретический анализ

3.1.3.2. Экспериментальные результаты

3.2. Управление температурным коэффициентом задержки в структуре «пьезоэлектрическая пластина — нанокомпозитный материал»

3.2.1. Теоретическое исследование влияния температуры на характеристики акустических волн в структуре «нанокомпозитная полимерная пленка - пьезоэлектрическая пластина»

3.3. Управление температурным коэффициентом задержки в

структуре «пьезоэлектрическая пластина - вакуумный зазор - нанокомпозитный материал»

3.3.1. Управление TCD путем изменения диэлектрической проницаемости нанокомпозитного слоя при воздействии температуры

3.3.2. Управление TCD путем изменения величины вакуумного зазора при изменении температуры

3.4. Выводы

Глава 4. Использование нанокомпозитных материалов для акустического согласования пьезоэлектрических излучателей/приемников с газом и жидкостью

4.1. Теоретический анализ устройств для согласования пьезокерамических преобразователей с газовой средой

4.1.1. Принцип действия ультразвуковых расходомеров

4.1.2. Основные уравнения и граничные условия

4.1.3. Результаты теоретического анализа

4.2. Использование нанокомпозитных материалов для согласования пьезоэлектрических излучателей/приемников

с жидкостью

4.2.1. Теоретическое исследование характеристик антисимметричных волн Лэмба нулевого порядка в пьезоэлектрических пластинах, граничащих с нанокомпозитным полимерным слоем

4.2.2. Теоретическое исследование характеристик антисимметричных волн Лэмба нулевого порядка в структуре «пьезоэлектрическая пластина -нанокомпозитный полимерный слой - жидкость

4.2.2.1 Основные уравнения и граничные условия

4.2.2.2 Результаты теоретического анализа

4.2.2.3 Результаты экспериментального исследования

4.3. Выводы

Заключение

Список использованных источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Акустические волны в структурах, содержащих пьезоэлектрические, диэлектрические, металлические и нанокомпозитные полимерные слои»

ВВЕДЕНИЕ

Как известно, одним из традиционных направлений исследований в акустике твердых сред является изучение характеристик акустических волн в многослойных структурах [1-13]. В различное время исследовались такие волны как поверхностные акустические волны Лява, волны Стоунли, волны Сезава, щелевые волны, приповерхностные объемные волны и т.д. [5,8-10,12-14]. Рассматривались структуры, содержащие пьезоэлектрики, диэлектрики, жидкости, проводящие или вязкоупругие материалы и т.д. [1-13]. В настоящее время интерес к исследованию многослойных акустических структур с использованием как известных, так и новых материалов только усиливается [1, 15, 16]. Это связано с необходимостью создания различных датчиков и устройств обработки сигналов, обладающих заданными характеристиками, необходимостью создания различных покрытий, характеризующихся полным поглощением зондирующего излучения и т.д.

В настоящее время характеристики акустических волн в тонких (по сравнению с длиной волны) пьезоэлектрических пластинах достаточно полно исследованы [17-25]. Было обнаружено, что свойства поперечно-горизонтальных волн нулевого порядка (йНо) существенно отличаются от свойств поверхностных акустических волн (ПАВ) в том же самом материале. Было показано, что указанные волны обладают значительно большим коэффициентом электромеханической связи (К), чем ПАВ в том же самом материале [17-19]. Например, для 8Н0 волны в пластине УХ 1лМЮ3 К2=34% при = 500 м/с (И -толщина пластины, f - частота волны) [17]. Кроме того, было обнаружено, что их температурный коэффициент задержки (ТСБ) несколько меньше, чем для ПАВ [22]. Была показана возможность управления углом между фазовой и групповой скоростью БНо волн при помощи электрического закорачивания поверхности пластины [23-25]. Следует отметить также, что поперечно-горизонтальные волны могут распространяться в контакте с жидкостью без значительных радиационных потерь, в отличие от ПАВ Рэлея.

Интересным также представлялось исследовать влияние различных металлических и диэлектрических слоев на характеристики этих волн. Как известно [26-31], нанесение пленки конечной толщины на поверхность звукопровода, вызывает изменение скорости акустической волны, распространяющейся вдоль его поверхности. Это так называемый гравиметрический эффект, на основе которого возможно создание различных биологических и химических датчиков, использующих изменение массы активной пленки в присутствии анализируемого вещества. Одним из важнейших параметров, позволяющих оценивать эффективность подобных устройств, является чувствительность акустической волны к массовой нагрузке на поверхности звукопровода [29]. Однако до настоящего времени анализ влияния массовой нагрузки на характеристики волн проводился, как правило, в рамках теории возмущения, основы которой заложены в [32]. Данная теория предполагает, что слой является тонким, по сравнению с длиной волны и незначительно влияет на ее характеристики.

К настоящему времени известно большое количество работ, например [26-31, 33-35], предлагающих использовать различные типы акустических волн, такие как ПАВ Рэлея, поперечно-горизонтальные (8Н) ПАВ, псевдоповерхностные волны, изгибные волны в пластинах и т.д. для создания вышеуказанных датчиков. В данных работах теоретически и экспериментально исследуется гравиметрическая чувствительность этих волн и обнаружено хорошее соответствие теории и эксперимента. Однако, сравнительный анализ известных результатов, необходимый для выбора оптимального типа волны в конкретной ситуации, чрезвычайно затруднен тем, что авторы используют различные конечные выражения для чувствительности к массовой нагрузке и различные упрощающие предположения. Это приводит к некоторой противоречивости основных выводов.

Тем не менее, следует отметить, что анализ известных работ указывает на перспективность использования акустических волн в пьезоэлектрических пластинах для создания гравиметрических датчиков. В связи с этим представляет

интерес проведение теоретического анализа влияния слоев из различных материалов на характеристики волн нулевого порядка в пьезоэлектрических пластинах и сравнение чувствительности этих волн с широко используемыми рэлеевскими и БН поверхностными акустическими волнами.

В связи с этим в первой главе диссертации теоретически проанализировано влияние металлических (Ag, А1, Аи) и диэлектрических слоев (8Ю2, К1) на акустические волны нулевого порядка, распространяющиеся в пьезоэлектрической пластине танталата лития. Проведено сравнение с аналогичными характеристиками для ПАВ Рэлея и 8Н ПАВ.

Как уже говорилось выше вопрос создания более чувствительных и селективных химических и биологических датчиков является весьма актуальным. Такие датчики обычно состоят из звукопровода, на котором находятся встречно-штыревые преобразователи для возбуждения волны и активный элемент между ними. Известны датчики, основанные на поверхностных акустических волнах и волнах в пластинах [29]. Активно также разрабатываются датчики, основанные на многослойных структурах [33-36]. Однако, по-прежнему, стоит проблема увеличения чувствительности этих датчиков. Проблема повышения чувствительности датчиков может решаться путем увеличения коэффициента электромеханической связи используемых акустических волн, то есть, например, использованием поперечно-горизонтальных акустических волн нулевого порядка [18-21].

Тем не менее, следует отметить, что устройства, основанные на вышеуказанных волнах, работают на низкой частоте, примерно до 5 МГц. Для увеличения рабочей частоты необходимо уменьшать толщину пластины, что приводит к уменьшению ее механической прочности.

В связи с этим необходимо проводить поиск материалов, которые будут обладать низким значением акустического импеданса, что позволит использовать его в качестве подложки для очень тонких пьезоэлектрических пластин.

В последнее время большое внимание исследователей привлекают

нанокомпозитные материалы на основе наночастиц металлов и их соединений, внедренных в объем полимерной диэлектрической стабилизирующей среды [3740]. Показано, что электрические и оптические свойства этих материалов сильно зависят от размера и концентрации наночастиц, а также от типа полимерной матрицы. В связи с тем, что вышеуказанные материалы основаны на матрице полиэтилена высокого давления, можно ожидать, что они будут характеризоваться низким акустическим импедансом [41].

В последнее время появились работы, в которых приводятся значения модулей упругости и вязкости, а также плотность этих материалов [42-44]. Однако, свойства акустических волн в структурах, содержащих нанокомпозитные полимерные пленки, в настоящее время практически не изучены.

В связи с вышесказанным, во второй главе диссертации приведены результаты теоретического исследования характеристик акустических волн, распространяющихся в структурах, содержащих пьезоэлектрические пластины и нанокомпозитные полимерные материалы с различной концентрацией наночастиц сульфида кадмия и железа.

Как известно, при разработке акустоэлектронных устройств большое значение имеют коэффициент электромеханической связи и температурный коэффициент задержки (ТСБ) акустической волны. В связи с этим одним из актуальных направлений исследований; в акустике является поиск таких типов волн и кристаллографических ориентаций, для которых К2 является максимальным, а ТСЮ - минимальным. Такое сочетание параметров необходимо для создания высокоэффективных термостабильных акустоэлектронных устройств. Как уже говорилось выше, в настоящее время известны работы, в которых показано, что фундаментальные поперечно-горизонтальные акустические волны в тонких пьезоэлектрических пластинах обладают существенно большим коэффициентом электромеханической связи, чем ПАВ [1720] в том же самом материале. Например, показано, что 8Н0 волна имеет К =34% для hf = 500 м/с в пластине УХ 1л№>03. Однако, величина ТСЮ в этом случае

равна 66 ррш/С [22], что несколько меньше по сравнению с ПАВ (88 ррт/С), но недостаточно для разработки термостабильных устройств. Вопрос уменьшения ТСБ в данной ситуации представляет несомненный практический интерес.

Известны работы, в которых предлагается для уменьшения ТСБ использовать соответствующие материалы (лангасит, ланганит и т.д.) [45, 46], предлагается также использовать слои БЮг с отрицательным ТСБ, которые будут компенсировать положительный ТСО ниобата лития [47, 48] и т.д. В работе [22], было показано, что фазовая скорость 8Н0 волн в пьезоэлектрических пластинах уменьшается с увеличением температуры. В то же время анализ структуры «пьезоэлектрическая пластина - невязкая непроводящая жидкость», показал, что скорость 8Н0 волны в такой структуре увеличивается с уменьшением диэлектрической проницаемости жидкости. Как известно [49], диэлектрическая проницаемость большинства жидкостей с ростом температуры уменьшается. Следовательно, можно подобрать такую невязкую и непроводящую жидкость, при которой увеличение температуры приведет к увеличению скорости волны. Это в свою очередь позволит существенно уменьшить ТСБ 8Н0 волны, распространяющейся в такой структуре.

Исследования, проводимые в СФ ИРЭ РАН, показали, что диэлектрическая проницаемость новых нанокомпозитных материалов на основе матрицы полиэтилена высокого давления с наночастицами железа также уменьшается с ростом температуры [50]. Следовательно, в качестве термостабилизирующего материала можно также использовать и вышеуказанные пленки.

Таким образом, в третьей главе представлены результаты анализа влияния температуры на скорость 8Но волн в структурах, содержащих пьезоэлектрическую пластину, жидкость или нанокомпозитный полимерный материал. На основании полученных результатов предложены новые методы управления температурным коэффициентом задержки 8Но волн.

Как уже отмечалось выше, исследование характеристик акустических волн в многослойных структурах весьма актуально в связи с необходимостью

увеличения эффективности работы различных преобразователей для возбуждения и приема акустической волны в жидкостях и газах. Например, подобные акустические устройства используются в расходомерах газа и жидкости. В этой области также стоит проблема улучшения эффективности их работы, а следовательно, и повышения точности определения расхода газа или жидкости.

Для того чтобы иметь высокую точность измерения и использовать ультразвук низкой интенсивности в обоих случаях необходимо иметь хорошее акустическое согласование стандартного пьезокерамического преобразователя с газом или жидкостью. Плохое согласование приводит к необходимости использовать ультразвук высокой интенсивности и повышать чувствительность регистрирующей аппаратуры, а также вызывает длительный «звон» излучающего преобразователя, что снижает точность измерения и приводит к необходимости использовать сложные устройства регистрации. Поскольку значения акустического импеданса стандартной пьезоэлектрической керамики и газа или жидкости сильно различаются, это приводит к необходимости использования согласующих слоев с промежуточным значением акустического импеданса. В современных ультразвуковых излучателях и приемниках расходомеров газа используются такие низкоимпедансные материалы как эпоксидный клей с различными наполнителями. Однако вариация состава и качества наполнителей не дает существенного снижения импеданса, и степень согласования получаемых ультразвуковых излучателей и приемников получается неудовлетворительной. Проведенный литературный и патентный поиск показал, что в данный момент проблема акустического согласования пьезоэлектрического преобразователя с газом остается открытой.

Что касается измерителей расхода жидкости, то в настоящее время известно большое количество публикаций, посвященных исследованию влияния жидкости на характеристики различных типов акустических волн (поверхностных, утекающих, волн в пластинах и т.д.) [29, 51-56]. Подобный интерес связан с возможностью разработки и создания различных акустических устройств,

работающих в контакте с жидкостью. Особый интерес представляют устройства, основанные на эффективном излучении энергии волны в жидкость [54-56]. К ним относятся, например, излучатели и приемники акустической волны, распространяющейся в жидкости [56], которые используются для определения скорости движения жидкостных потоков. В этом случае используется антисимметричная волна Лэмба (А0) нулевого порядка, распространяющаяся в тонкой, по сравнению с длиной волны, пьезоэлектрической пластине. Известно, что максимальная компонента механического смещения Ао волны всегда нормальна к поверхности пластины [57-60]. Это приводит к тому, что ее распространение в контакте с жидкостью может сопровождаться большим затуханием, связанным с интенсивным излучением объемной акустической (ОАВ) волны в жидкость. При этом скорость волны в структуре «пластина - жидкость» V, должна быть больше, чем скорость ОАВ в жидкости У!ч [54, 57, 58]. Если же наблюдается противоположная ситуация Уц > V, то затухание волны, связанное с излучением в жидкость, полностью отсутствует [54, 57, 58]. Этот вывод подтвержден в [61], где экспериментальное исследование влияния жидкости на характеристики Ао волны в изотропных пластинах показало, что затухание А0 волны возникает при У^ = V и с увеличением параметра оно уменьшается. Поскольку скорость Ао волны меняется в широких пределах при изменении характерного параметра [17, 62], то путем подбора этого параметра можно реализовать любой из вышеперечисленных режимов.

С другой стороны остро стоит проблема поиска способов эффективного согласования пьезоэлектрических пластин и жидкости с целью повышения мощности излучаемой волны. Одним из таких путей является использование нанокомпозитных слоев, которые обладают очень низким акустическим импедансом [42-44], в качестве промежуточного слоя между пьезопластиной и жидкостью.

Таким образом, в четвертой главе диссертации проведен анализ характеристик акустических волн в многослойных структурах, содержащих

пьезоэлектрические материалы и нанокомпозитные слои с целью оптимизации параметров ультразвуковых датчиков-расходомеров газа и жидкости. Проведен поиск таких материалов, использование которых в качестве согласующих слоев могло бы привести к существенному увеличению амплитуды излучаемой акустической волны в газе. Приводятся также результаты анализа влияния нанокомпозитнх полимерных слоев на эффективность излучения антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка в жидкость.

Целью диссертационной работы является исследование характеристик акустических волн нулевого порядка в структурах, содержащих пьезоэлектрические, диэлектрические, металлические, нанокомпозитные полимерные слои, а также жидкости, для разработки новых методов управления температурным коэффициентом задержки указанных волн и способов согласования пьезоэлектрических материалов с газом и жидкостью.

В задачи исследований входит следующее:

1. Теоретическое исследование чувствительности акустических волн нулевого порядка в тонких, по сравнению с длиной волны, пьезоэлектрических пластинах к металлическим и диэлектрическим слоям, как в присутствии жидкости, так и в ее отсутствии.

2. Теоретическое исследование характеристик акустической волны с поперечно-горизонтальной поляризацией в структуре, содержащей пьезоэлектрическую пластину и слой из нанокомпозитного полимерного материала с наночастицами металлов или их соединений.

3. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния температуры на характеристики акустической волны с поперечно-горизонтальной поляризацией в структурах, содержащих пьезоэлектрические пластины, нанокомпозитные слои и жидкости и разработка новых методов управления температурным коэффициентом задержки этой волны.

4. Теоретическое и экспериментальное исследование возможности использования нанокомпозитных полимерных материалов для согласования пьезоэлектрических излучателей/приемников звука с газом и жидкостью.

Достоверность полученных в настоящей диссертации теоретических результатов определяется корректностью постановки всех граничных задач, использованием точных вычислительных методов, а также количественным и качественным соответствием полученных в работе теоретических результатов экспериментальным данным и данным других авторов.

Научная новизна и значимость полученных результатов.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований:

1. Показано, что акустические волны нулевого порядка в пластинах танталата лития обладают большей чувствительностью к металлическим (А1, Ag, Аи) и диэлектрическим (8Ю2, К1) слоям, чем ПАВ Рэлея и 8Н ПАВ в одном и том же материале.

2. Показано, что с уменьшением диэлектрической проницаемости материала слоя нагрузки чувствительность к ней акустических волн нулевого порядка в пластинах возрастает.

3. Показано, что при распространении акустической волны в структуре «пьезоэлектрическая пластина - нанокомпозитный полимерный слой» при определенных значениях толщины слоя возникает резонансное затухание волны. При этом резонансная толщина слоя при фиксированной частоте волны не зависит от толщины пьезоэлектрической пластины и ее материала.

4. Предложен новый метод управления ТСБ акустических волн в пьезоэлектрических пластинах. Он основан на использовании контакта с невязкой и непроводящей жидкостью, характеризующейся определенной зависимостью ее диэлектрической проницаемости от температуры. Тип используемой жидкости зависит от типа волны, материала и толщины пьезоэлектрической пластины. На примере 8Н0 волны в пластине У-Х ниобата лития, контактирующей с

бутилацетатом, продемонстрирована возможность снижения TCD на порядок при сохранении значения коэффициента электромеханической связи К =30%.

5. Показано, что нулевое значение температурного коэффициента задержки SH0 волны в структуре «нанокомпозитный полимерный слой - вакуумный зазор -пластина Y-X ниобата лития» может быть достигнуто, если при увеличении температуры Т диэлектрическая проницаемость нанокомпозита в будет уменьшаться по закону As/s =-0.023AT ([AT] = град С).

6. Показано, что при удалении диэлектрической среды от пьезоэлектрической пластины по определенному закону фаза акустического сигнала может оставаться неизменной в широком интервале температур.

7. Показано, что с увеличением диэлектрической проницаемости среды величина необходимого для термостабилизации фазы относительного увеличения зазора между этой средой и пьезоэлектрической пластиной уменьшается.

Практическая значимость полученных результатов. 1. Впервые предложено для создания эффективного приемника/излучателя акустической волны в газе использовать согласующее устройство, включающее слои из полимерных нанокомпозитных материалов. Показано, что в этом случае оптимальное согласующее устройство должно состоять из трех слоев. При этом материал среднего согласующего слоя должен обладать значительной величиной модуля упругости, и достаточно высокой плотностью, нежели материалы в остальных двух слоях. Это означает, что целесообразно использовать в качестве согласующего среднего слоя «тяжелый» материал (металлы, кристаллы, некоторые виды стекол и пластиков), а в качестве двух других слоев - различные комбинации нанокомпозитных материалов на основе полиэтилена высокого давления. Подобная структура позволяет увеличить амплитуду излучаемой волны в газ на 2-3 порядка по сравнению с известными образцами. Дальнейшее увеличение числа слоев не приводит к существенному выигрышу

2. Впервые предложено при создании излучателей/приемников акустических волн в невязкую и непроводящую жидкость на основе антисимметричных Ао волн

Лэмба в пьезоэлектрических пластинах использовать слой из нанокомпозитного материала на основе матрицы полиэтилена высокого давления. Показано, что в случае пластины ниобата лития и слоя с наночастицами сульфида кадмия с концентрацией 30% это может улучшить эффективность излучения объемной волны в жидкость примерно на 1 дБ/А, по мощности при соотношении толщин слоя и пластины с!Л1=0Л54 для частоты 1=1.3 МГц.

3. Предложены и опробованы новые принципы уменьшения температурного коэффициента задержки в слоистых средах, содержащих пьезоэлектрическую пластину.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Чувствительность акустических волн Лэмба и поперечно-горизонтальных акустических волн нулевого порядка в пьезоэлектрических пластинах к массовой нагрузке в 2-7 раз больше, чем для ПАВ Рэлея и БН ПАВ в одном и том же материале.

2. Для управления температурным коэффициентом задержки акустических волн в пьезоэлектрических пластинах можно использовать контакт с жидкостью, характеризующейся определенной зависимостью ее диэлектрической проницаемости от температуры. Свойства используемой жидкости зависят от типа волны, материала и толщины пьезоэлектрической пластины. На примере 8Но волны в пластине У-Х ниобата лития, контактирующей с бутилацетатом, продемонстрирована возможность снижения температурного коэффициента задержки практически до нуля при сохранении значения коэффициента электромеханической связи К2=30%.

3. При удалении диэлектрической среды от пьезоэлектрической пластины по определенному закону фаза акустического сигнала может оставаться неизменной в широком интервале температур. С увеличением диэлектрической проницаемости среды величина необходимого для термостабилизации фазы

относительного увеличения зазора между этой средой и пьезоэлектрической пластиной уменьшается.

4. При создании излучателей/приемников акустических волн в жидкости на основе А0 волн Лэмба в пьезоэлектрических пластинах использование промежуточного слоя из нанокомпозитного полимерного материала с плотностью

■Э о о

—1300 кг/м , продольным и поперечным модулями упругости -20x10 Па и ~2хЮ Па, соответственно, и продольным и поперечным коэффициентами вязкости -20 Пахе и -1.5 Пахе может улучшить эффективность излучения примерно на 1 дБ/À, по мощности при соотношении толщин слоя и пластины ниобата лития d/h=~0.15 и при частоте -1.3 МГц.

Личный вклад соискателя. Все теоретические результаты, представленные в диссертации, получены автором самостоятельно. Постановка задач и обсуждение полученных теоретических результатов, а также экспериментальная проверка выводов теории проводилась совместно с научным руководителем. Для расчетов использовались данные о материальных постоянных нанокомпозитных полимерных материалов, полученные асп. Шихабудиновым А.М.

Апробация результатов диссертации. Изложенные в диссертации результаты докладывались на Ultrasonic International (Beijing, China, 2005; Vienna, Austria, 2007; Santiago, Chile, 2009), IEEE International Ultrasonic Symposium (Delft, The Netherlands, 2005; Beijing, China, 2008; San-Diego, USA, 2010;), Int. Conf. "Wave Electronics and its Appl. In Information and Telecom. Systems" (S.-Peterburg, Russia, 2005, 2006, 2007), Всероссийской конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика» (Саратов, Россия, 2007, 2008, 2009, 2010), Int. Conf. AMAAV'09 (Cairo, Egypt, 2009), lst Int. Conf. On Nanostructured Materials and Nanocomposites (Kottayam, India, 2009), на конкурсе молодых ученых им.И.В.Анисимкина (Москва, Россия, 2008), научных семинарах

Саратовского филиала Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН.

Связь работы с крупными научными программами, темами.

Результаты, представленные в диссертации, получены в рамках исследований, проводившихся в 2005 - 2011 годах при поддержке грантов РФФИ №05-02-16947-а, 06-08-01011а, 09-02-12442-офи-м, 10-02-01313-а, грантов ФЦНТП «Поддержка научных исследований, проводимых молодыми докторами наук» № 02.442.11.7039, ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006гг», Госконтракт №02.442.11.7456, ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы», Госконтракт №02.513.11.3373, ФЦП «Кадры» Госконтракты №02.740.11.0014, №14.740.11.0077. В этих темах соискатель являлся исполнителем.

Опубликованность результатов. Список работ по теме диссертации включает 30 наименований, в числе которых 6 статей в реферируемых журналах из списка ВАК, 11 статей в материалах конференций, 13 тезисов докладов на международных конференциях. Общее количество страниц названных публикаций-109.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, с изложением обзора литературы по проведенным ранее исследованиям, четырех глав, заключения и списка литературы. Полный объем диссертации составляют 155 стр. текста, в том числе 57 рисунков, 11 таблиц, библиографический список цитированных источников из 114 наименований, в том числе 30 публикаций автора по теме диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении приведен аналитический обзор литературы, посвященный современному состоянию проблемы. Обоснована актуальность работы, изложена цель исследования, описаны степень новизны и практическая значимость

полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации теоретически исследована чувствительность акустических волн Лэмба (А0, Эо) и поперечно-горизонтальных (8Н0) волн нулевого порядка в тонких, по сравнению с длиной волны, пьезоэлектрических пластинах к металлическим и диэлектрическим слоям. Для анализа выбраны пластины танталата лития, который широко используется при разработке различных акустических устройств и характеризуется достаточно высокой пьезоактивностью. В качестве материала слоев выбраны алюминий, серебро и золото. Выбор материалов слоя был обусловлен различной их плотностью, а ориентация подложки определялась из условия максимальной пьезоактивности рассматриваемой волны: А0 волна (128°У-Х), Бо волна (Х-У+250) и БНо волна (У-X). Приведены исходные уравнения, описывающие волны в подобных структурах, методы их решения и результаты численного анализа для указанных выше материалов. Анализ показал, что чувствительность акустических волн к металлическим и диэлектрическим слоям в общем случае имеет сложную частотную зависимость, а также зависит от толщины пластины, и от материала слоя. Для определения чувствительности введен уточненный параметр -нормированная на частоту чувствительность к массовой нагрузке. Данный параметр в большинстве случаев слабо зависит от частоты волны при малых значениях толщины нагрузки и позволяет проводить сравнение указанной чувствительности для разных типов волн.

Проведено также исследование влияния диэлектрической нагрузки на указанные выше волны. В качестве нагрузки в этом случае были выбраны 8Ю2 и К1, у которых плотность, модули упругости и диэлектрическая проницаемость сильно различаются. Было показано, что в большинстве случаев нагрузка, как из металлических, так и из диэлектрических материалов приводит к уменьшению скорости акустических волн нулевого порядка в пьезоэлектрических пластинах, хотя существуют противоположные ситуации. Например, скорость А0 волны в

структурах «слой А1 - пластина 1ЛТа03» и «слой 8Ю2 - пластина 1лТа03» с ростом толщины слоя увеличивается для всех значений параметра Ь£ Подобное поведение проявляют ПАВ Рэлея в аналогичных структурах. Кроме того, анализ показал, что для каждой подложки должен существовать такой материал нагрузки, который практически не влияет на скорость А0 волны. Было также обнаружено, что с уменьшением нормированной толщины пластины, чувствительность акустических волн нулевого порядка к нагрузке увеличивается, а с уменьшением диэлектрической проницаемости материала слоя нагрузки чувствительность акустических волн нулевого порядка в пластинах возрастает. В целом был сделан вывод о том, что акустические волны нулевого порядка в пластинах обладают большей чувствительностью к металлическим и диэлектрическим слоям, чем ПАВ Рэлея и 8Н ПАВ в одном и том же материале.

В этой же главе было теоретически исследовано влияние жидкости на чувствительность акустических волн в пластинах к диэлектрической нагрузке. Было показано, что для некоторых материалов нагрузки присутствие жидкости приводит к существенному увеличению гравиметрической чувствительности. Например, для структуры «слой 8Юг - пластина ЫТаОз» чувствительность 8Н0 волны при = 500 м/с в присутствии воды возрастает примерно в 40 раз. В то же время в присутствии материалов с меньшим акустическим импедансом и большим значением диэлектрической проницаемости, например, К1, присутствие жидкости приводит к некоторому уменьшению чувствительности 8Н0 волны.

В целом полученные результаты говорят о возможности разработки более чувствительных гравиметрических датчиков на основе акустических волн нулевого порядка в пьезоэлектрических пластинах.

Во второй главе данной диссертации проведен теоретический анализ влияния новых нанокомпозитных полимерных материалов с наночастицами металлов и их соединений на характеристики акустических волн с поперечно-горизонтальной поляризацией в пьезоэлектрических пластинах. Решение граничных задач проводилось численным методом, поскольку, широко

используемая теория возмущений дает некорректные результаты в случае волн с большим коэффициентом электромеханической связи.

Вначале была рассмотрена структура «пьезопластина - слой нанокомпозитного материала». В качестве пьезоэлектрической пластины рассматривались пластины УХ ниобата лития и УХ тантала лития. В качестве нанокомпозитных слоев использовались материалы с различной концентрацией наночастиц железа и сульфида кадмия, внедренных в матрицу полиэтилена высокого давления. В результате проведенных расчетов были получены скорость и затухание БНо волн, распространяющихся в вышеуказанных структурах. Анализ показал, что при определенных значениях толщины пленки возникает резонансное затухание акустической волны. При этом толщина слоя, при которой возникает резонансное затухание в структуре, не зависит ни от толщины пьезоэлектрической пластины, ни от ее материала. Кроме того, было обнаружено, что с ростом концентрации наночастиц железа максимальное значение затухания волны увеличивается, несмотря на то, что вязкость нанокомпозитной пленки уменьшается. Что касается скорости исследуемых волн, то ее зависимость от соотношения толщин слоя и пластины вблизи резонансной толщины коррелирует с аналогичным поведением фазы колебания резонатора вблизи резонансной частоты. Показано также, что величина затухания исследуемых волн в случае пластины 1Л1МЪОз существенно выше, чем для пластин 1ЛТа03.

Было также исследовано влияние металлизации пластины со стороны свободной от слоя. Как и следовало ожидать, в этом случае скорость 8Но волны уменьшается, а квадрат коэффициента электромеханической связи в области малого затухания равен 32% и 12% в случае ниобата лития и танталата лития, соответственно. Что касается затухания, то в случае металлизации пластины его максимальная величина становится несколько меньше. Полученные в результате расчетов зависимости позволяют выбирать такие соотношения толщин слоя и пластины, при которых акустическая волна практически не затухает в присутствии нанокомпозитного полимерного слоя, несмотря на его вязкость.

Кроме того, присутствие наночастиц в полимерной пленке приводит к сужению области резонансного затухания и к соответствующему увеличению диапазонов толщин и частот, в которых затухание волны практически отсутствует. При этом коэффициент электромеханической связи волны остается достаточно большим. Это открывает перспективы создания невозмущающих подложек из нанокомпозитных материалов для тонких пьезоэлектрических пластин.

В этой же главе рассмотрены характеристики 8Н0 волны в структуре «нанокомпозитный слой - вакуумный зазор - пьезопластина». При расчетах использовались вышеуказанные материалы. В результате были получены зависимости скорости и коэффициента электромеханической связи указанной волны от величины зазора. Обнаружено, что с удалением нанокомпозитного слоя на основе полиэтилена высокого давления от пьезоэлектрической пластины скорость волны увеличивается. Показано также, что при размещении этого слоя вблизи пьезоэлектрической пластины коэффициент электромеханической связи волны несколько уменьшается, однако его величина остается достаточно большой. Обнаружено также, что в подобной структуре полностью отсутствует затухание волны, что подтверждает сделанное выше предположение о физической природе резонанса, возникающего при контакте пленки с пьезоэлектрической пластиной. Подобные структуры могут использоваться для создания различных высокочувствительных химических и биологических датчиков, а также устройств обработки сигналов.

В третьей главе исследовано влияние температуры на характеристики 8Н0 волны в структурах, содержащих пьезопластину и жидкость или нанокомпозитный слой. Аналогично первым двум главам были записаны уравнения, описывающие волны в подобных структурах и соответствующие механические и электрические граничные условия. Вначале было исследовано влияние температуры на скорость указанных волн в пластине ниобата лития без контакта с жидкостью. Были построены зависимости скорости, коэффициента электромеханической связи, температурного коэффициента фазовой скорости

(ТСУ) и ТСБ 8Н0 волны, распространяющейся вдоль наиболее пьезоактивного направления УХ ниобата лития, от параметра для электрически открытой и электрически закороченной поверхности пластины. Анализ полученных зависимостей показал, что скорость 8Н0 волны в пластине ниобата лития с ростом температуры уменьшается, как в случае электрически открытой, так и в случае электрически закороченной поверхности пластины.

Затем было проанализировано распространение 8Н0 волны в структуре «пьезоэлектрическая пластина - невязкая и непроводящая жидкость». В качестве жидкости использовались вода, этиловый спирт, хлорбензол, метилацетат, бензол и бутил ацетат. Проведенный анализ показал, что скорость 8Но волны, в основном, зависит от диэлектрической проницаемости жидкости и практически не зависит от ее упругих свойств. Это позволило построить зависимости скорости и коэффициента электромеханической связи 8Н0 волны, распространяющейся в электрически открытой и электрически закороченной с противоположной стороны от жидкости пластине УХ ЫМЮ3 (М=500 м/с), от относительной диэлектрической проницаемости жидкости. Оказалось, что с ростом диэлектрической проницаемости жидкости, прилегающей к пластине ниобата лития, скорость 8Н0 волны в пластине уменьшается. Если же одна сторона пластины электрически закорочена, то, как и следовало ожидать, зависимость скорости от диэлектрической проницаемости жидкости практически отсутствует. Что касается коэффициента электромеханической связи, то с ростом диэлектрической проницаемости он уменьшается. Анализ также показал, что присутствие невязкой жидкости не приводит к заметному затуханию 8Но волны.

Далее было теоретически и экспериментально исследовано влияние температуры на характеристики 8Н0 волны в структуре «пьезопластина - невязкая и непроводящая жидкость». Как известно, диэлектрическая проницаемость большинства жидкостей уменьшается с ростом температуры. Следовательно, используя структуру, содержащую жидкость с определенным значением диэлектрической проницаемости, можно добиться значительного уменьшения

ТСЭ БН0 волны. В результате проведенных расчетов были построены зависимости ТСУ и ТСЭ 8Н0 волны в УХ пластине ниобата лития, которая контактировала с одной стороны со всеми перечисленными выше жидкостями, от параметра Анализ показал, что при электрически открытой поверхности пластины существует такое значение параметра при котором величина ТТЮ исследуемой волны становится равной нулю. При этом в исследуемой структуре

л

величина К остается достаточно высокой. Например, для структуры «пластина УХ ЫМЮз - бутилацетат» величина К2 составляет —30% вместо -36% в случае контакта пластины с вакуумом. Было также обнаружено, что при выбранной жидкости величиной ТСО можно управлять путем изменения параметра

Проведенный эксперимент полностью подтвердил выводы теории.

Следует отметить, что вышеуказанный способ управления ТСБ не совсем удобен с технологической точки зрения. В связи с этим в данной главе был проведен поиск материала, характеризующегося специфической зависимостью диэлектрической проницаемости от температуры. Исследования показали, что в качестве такого материала могут быть использованы нанокомпозитные полимерные пленки с различным содержанием наночастиц железа.

Таким образом, в данной главе проведен анализ влияния температуры на скорость 8Н0 волны в структуре, содержащей тонкую пьезоэлектрическую пластину ниобата лития и нанокомпозитные полимерные слои с различной концентрацией наночастиц железа. В результате проведенных расчетов были получены зависимости ТСБ, скорости и затухания 8Н0 волны в вышеуказанной структуре. Анализ полученных зависимостей показал, что изменение ТСБ 8Н0 волны в исследуемой структуре зависит от концентрации наночастиц железа и толщины пленки, и определенная их комбинация может привести к уменьшению указанного параметра. Однако, для достижения большей степени управления температурным коэффициентом задержки, необходимо использовать материалы с более сильной зависимостью диэлектрической проницаемости от температуры. Следует также отметить, в случае акустического контакта полимерного материала

с пьезоэлектрической пластиной указанная структура обладает существенным затуханием акустической волны (~ldB/À,). В связи с этим было предложено использовать структуру, содержащую зазор между полимерным слоем и пластиной.

Проведенный анализ влияния температуры на SH0 волну, распространяющуюся в структуре «нанокомпозитная пленка с 15% наночастиц Fe - вакуумный зазор - YX пластина ниобата лития», показал, что температурный коэффициент задержки и в данном случае уменьшается незначительно. В связи с этим был проведен поиск величины необходимого изменения диэлектрической проницаемости нанокомпозитного материала для достижения нулевого значения TCD. Было обнаружено, что нулевое значение TCD SHo волны в такой структуре может быть достигнуто, если при увеличении температуры AT диэлектрическая проницаемость нанокомпозита будет уменьшаться по закону Ав/в =-0.023АТ ([AT] = град С). С другой стороны можно подобрать такую температурную зависимость изменения зазора между нанокомпозитным материалом и пластиной, при которых фаза выходного акустического сигнала при изменении температуры меняться не будет, т.е. температурный коэффициент задержки будет равен нулю. В этом отношении нанокомпозитный материал является наиболее предпочтительным, поскольку его диэлектрическая проницаемость достаточно мала и изменение зазора может быть достаточно большим

В результате расчетов были получены зависимости изменения фазы волны от температуры при h=167 мкм и f = 3 МГц (hf=500 м/с) для различных значений диэлектрической проницаемости полубезграничной среды. Анализ полученных результатов показал, что во всех рассмотренных случаях удаление диэлектрической среды от пьезоэлектрической пластины по определенному закону может оставить фазу сигнала неизменной в широком интервале температур. Обнаружено также, что угол наклона полученных зависимостей уменьшается с ростом диэлектрической проницаемости полубезграничной среды. Это означает, что с увеличением диэлектрической проницаемости среды

величина необходимого для термостабилизации фазы относительного увеличения зазора уменьшается. В данной главе предложено устройство термостабильного датчика, основанного на предложенном принципе.

Представленная в данной главе методика создания акустоэлектронных устройств, основанных на тонких пьезоэлектрических пластинах, с нулевым коэффициентом задержки может быть использована для любых пьезоэлектрических материалов и диапазонов частот.

В четвертой главе настоящей диссертации исследована возможность применения нанокомпозитных материалов для согласования пьезоэлектрических излучателей/приемников с газом и жидкостью с целью создания первичных элементов расходомеров. Вначале рассмотрены принципы действия известных ультразвуковых расходомеров. Затем записаны соответствующие уравнения, граничные условия и описан метод решения задачи. Был проведен анализ согласующего устройства, содержащего от 1 до 5 слоев. Показано, что Существенный выигрыш получается, когда число слоев равно трем, причем материал среднего согласующего слоя должен обладать значительной величиной модуля упругости, и достаточно высокой плотностью, нежели материалы в остальных двух слоях. Это означает, что целесообразно использовать в качестве согласующего среднего слоя «тяжелый» материал (металлы, кристаллы, некоторые виды стекол и пластиков), а в качестве двух других слоев - различные комбинации нанокомпозитных материалов на основе полиэтилена высокого давления. Подобное согласующее устройство позволит увеличить амплитуду излучаемой волны в газ на 2-3 порядка. Дальнейшее увеличение числа слоев не приводит к существенному выигрышу.

В этой же главе исследована возможность использования нанокомпозитных материалов для согласования пьезоэлектрических излучателей/приемников с жидкостью. Вначале был проведен анализ влияния нанокомпозитнх полимерных слоев на эффективность излучения антисимметричной волны Лэмба нулевого порядка в невязкую и непроводящую жидкость. В качестве пьезоэлектрической

пластины использовался 128УХ ниобат лития, а в качестве слоя использовались нанокомпозитные полимерные материалы с различной концентрацией наночастиц железа и сульфида кадмия. В результате теоретического анализа были получены зависимости относительного изменения скорости ДУ/У и затухания для А0 волны в пластине 128УХ 1л№Ю3 от нормированной толщины нанокомпозитного полимерного слоя при различных значениях (500 м/с, 650 м/с и 1500 м/с) и для различных значений концентрации наночастиц (Бе и СёБ). Анализ полученных результатов показал, что в случае использования в качестве промежуточного слоя нанокомпозитного полимерного материала на основе матрицы полиэтилена высокого давления с наночастицами сульфида кадмия 30% возможно достичь улучшения эффективности излучения примерно на 1 дБ/А, по мощности при соотношении толщин слоя и пластины <5/Ь=0.154 при 1=1.3 МГц. Это подтверждается следующими теоретическими данными. Как уже говорилось выше, затухание для А0 волны в структуре «пластина 128УХ ниобата лития -жидкость» составляет 1.4 дБ/А,, а для структуры «пластина 128УХ ниобат лития -нанокомпозитный слой -жидкость» эта величина равна 2.93 дБ/А,. Кроме того, при 1^=650 м/с и й/Ъ. =0.154 нанокомпозитный слой с наночастицами Сс18 30%, контактирующий с пластиной 128УХ ниобата лития, за счет своей вязкости приводит к возникновению затухания Ао волны, величина которого составляет 0.46 дБ/А,. Теоретический вывод относительно увеличения эффективности излучения в присутствии полимерного слоя был качественно подтвержден экспериментом.

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Кузнецова, Анастасия Сергеевна

4.3. Выводы.

В данной главе проводилось исследование возможности использования нанокомпозитных полимерных материалов для улучшения согласования пьезоэлектрических излучателей/приемников с газом и жидкостью с целью увеличения мощности излучаемой акустической волны. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показали [109, 110, 112]:

1. Для создания эффективного приемника/излучателя акустической волны в газ можно использовать согласующее устройство, состоящее из трех слоев. При этом материал среднего согласующего слоя должен обладать значительной величиной модуля упругости, и достаточно высокой плотностью, нежели материалы в остальных двух слоях. Это означает, что целесообразно использовать в качестве согласующего среднего слоя «тяжелый» материал (металлы, кристаллы, некоторые виды стекол и пластиков), а в качестве двух других слоев -различные комбинации нанокомпозитных материалов на основе полиэтилена высокого давления. Подобная структура позволяет увеличить амплитуду излучаемой волны в газ на 2-3 порядка по сравнению с известными образцами.

2. При создании излучателей/приемников акустических волн в жидкость на основе Ао волн Лэмба в пластинах ниобата лития использование слоя из нанокомпозитного полимерного материала на основе матрицы полиэтилена высокого давления с наночастицами CdS 30% позволяет достичь улучшения эффективности излучения на ~1 дБ/А, по мощности при соотношении толщин слоя и пластины ниобата лития d/h=0.154 при f=1.3 МГц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной диссертационной работе проведено исследование характеристик акустических волн нулевого порядка в структурах, содержащих пьезоэлектрические, диэлектрические, металлические, нанокомпозитные полимерные слои, проведено исследование влияния жидкости на характеристики этих волн в указанных структурах. Предложены новые методы управления температурным коэффициентом задержки указанных волн в вышеперечисленных структурах. Исследованы возможности применения новых нанокомпозитных полимерных материалов в качестве согласующих слоев при создании расходомеров газа и жидкости. Решение указанных задач имеет важное фундаментальное и практическое значение, как для развития радиофизики, так и для создания различных биологических и химических датчиков и расходомеров жидкости и газа. В результате выполненных работ были получены следующие результаты.

1. Чувствительность к слою на поверхности пьезопластины в общем случае имеет сложную частотную зависимость, а также зависит от толщины самой пластины, и от материала слоя. Для определения указанной чувствительности введен уточненный параметр - нормированная на частоту гравиметрическая чувствительность. Данный параметр в большинстве случаев слабо зависит от частоты волны при малых значениях толщины слоя и позволяет проводить сравнение указанной чувствительности для разных типов волн.

2. Акустические волны нулевого порядка в пластинах танталата лития обладают большим значением максимальной чувствительности к металлическим и диэлектрическим слоям, чем ПАВ Рэлея и 8Н ПАВ в одном и том же материале.

3. В большинстве случаев как металлические, так и диэлектрические слои приводят к уменьшению скорости акустических волн нулевого порядка в пьезоэлектрических пластинах, хотя существуют противоположные ситуации. Например, скорость А0 волны в структурах «слой А1 - пластина ЫТаОз» и «слой 8Ю2 - пластина 1ЛТа03» с ростом толщины слоя увеличивается для всех значений параметра Ь£ Аналогичное поведение проявляют ПАВ Рэлея в аналогичных структурах. Кроме того, анализ показывает, что для каждой подложки должен существовать такой материал нагрузки, который практически не влияет на скорость А0 волны.

4. С уменьшением нормированной толщины пластины, гравиметрическая чувствительность акустических волн нулевого порядка увеличивается.

5. С уменьшением диэлектрической проницаемости материала слоя чувствительность акустических волн нулевого порядка в пластинах к нагрузке с его стороны возрастает.

6. Для структуры «слой БЮг - пластина 1лТа03» присутствие воды приводит к значительному увеличению чувствительности 8Н0 волн. Например, для 8Н0 волны при = 500 м/с чувствительность возрастает примерно в 40 раз. В случае слоя К1 присутствие жидкости приводит к некоторому уменьшению чувствительности 8Н0 волны.

7. При распространении акустической волны в структуре «пьезоэлектрическая пластина - нанокомпозитный полимерный слой» при определенных соотношениях их толщин возникает резонансное затухание волны. При этом резонансная толщина слоя при фиксированной частоте волны не зависит ни от толщины пьезоэлектрической пластины, ни от ее материала.

8. Зависимость скорости 8Но волны в структуре «пьезоэлектрическая пластина -нанокомпозитный полимерный слой» от соотношения их толщин вблизи резонансной толщины коррелирует с аналогичным поведением фазы колебания резонатора, включенного в режиме двухполюсника, вблизи резонансной частоты.

9. Величина резонансного затухания 8Но волны в структуре «пьезоэлектрическая пластина - нанокомпозитный полимерный слой», содержащей пластину ЫМЮз существенно выше, чем для пластины 1лТа03.

10. В случае электрического закорачивания одной из поверхностей пьезоэлектрической пластины, находящейся в контакте с нанокомпозитным слоем с другой стороны, скорость 8Но волны уменьшается. Квадрат коэффициента электромеханической связи 8Н0 волны (К2 = 2АУ/У) в такой структуре в области малого затухания волны равен 32% и 12% в случае ниобата лития и танталата лития, соответственно. Что касается затухания, то в случае металлизации пластины его максимальная величина становится несколько меньше.

11. Присутствие наночастиц в нанокомпозитном полимерном слое приводит к сужению области резонансного затухания и к соответствующему увеличению диапазонов толщин и частот, в которых затухание волны минимально. Это позволяет выбирать такие соотношения толщин пленки и слоя, при которых акустическая волна имеет минимальное затухание в присутствии пленки, которое приемлемо для создания соответствующих приборов.

12. В структуре «нанокомпозитный полимерный слой - вакуумный зазор -пьезоэлектрическая пластина» при увеличении зазора скорость 8Н0 волны увеличивается.

13. С ростом диэлектрической проницаемости жидкости, контактирующей к пьезоэлектрической пластиной, скорость 8Н0 волны в этой пластине уменьшается.

14. Для уменьшения температурного коэффициента задержки (ТСБ) акустических волн в пьезоэлектрических пластинах можно использовать контакт с невязкой и непроводящей жидкостью, характеризующейся определенной зависимостью ее диэлектрической проницаемости от температуры. Тип используемой жидкости зависит от типа волны, материала и толщины пьезоэлектрической пластины. На примере 8Но волны в пластине У-Х ниобата лития, контактирующей с бутилацетатом, продемонстрирована возможность снижения ТСБ на порядок при сохранении значения коэффициента электромеханической связи К =30%.

15. Использование акустического контакта нанокомпозитного материала с наночастицами железа с пьезоэлектрической пластиной может привести к уменьшению температурного коэффициента задержки 8Но волны на 10% в области слабой зависимости вязкости нанокомпозита от температуры.

16. Показано, что нулевое значение температурного коэффициента задержки 8Н0 волны в структуре «нанокомпозитный полимерный слой - вакуумный зазор пластина Y-X ниобата лития» может быть достигнуто, если при увеличении температуры Т диэлектрическая проницаемость нанокомпозита 8 будет уменьшаться по закону As/s =-0.023АТ ([AT] = град С), а зависимость вязкости нанокомпозита от температуры будет отсутствовать.

17. При удалении диэлектрической среды от пьезоэлектрической пластины по определенному закону фаза акустического сигнала может оставаться неизменной в широком интервале температур. Указанный закон определяется свойствами пластины и диэлектрического слоя, геометрией структуры, частотой и типом волны.

18. С увеличением диэлектрической проницаемости среды величина необходимого для термостабилизации фазы относительного увеличения зазора между этой средой и пьезоэлектрической пластиной уменьшается.

19. Для создания эффективного приемника/излучателя акустической волны в газ можно использовать согласующее устройство, состоящее из трех слоев. При этом материал среднего согласующего слоя должен обладать значительной величиной модуля упругости, и достаточно высокой плотностью, нежели материалы в остальных двух слоях. Это означает, что целесообразно использовать в качестве согласующего среднего слоя «тяжелый» материал (металлы, кристаллы, некоторые виды стекол и пластиков), а в качестве двух других слоев - различные комбинации нанокомпозитных материалов на основе полиэтилена высокого давления. Подобная структура позволяет увеличить амплитуду излучаемой волны в газ на 2-3 порядка по сравнению с известными образцами.

20. При создании излучателей/приемников акустических волн в жидкость на основе Ао волн Лэмба в пьезопластине ниобата лития использование слоя из нанокомпозитного полимерного материала на основе матрицы полиэтилена высокого давления с наночастицами сульфида кадмия 30% позволяет достичь улучшения эффективности излучения на ~1 дБ/А по мощности при соотношении толщин слоя и пластины ниобата лития d/h=0.154 при f=1.3 МГц.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Кузнецова, Анастасия Сергеевна, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бреховских, Л.М. Акустика слоистых сред / Л.М. Бреховских, О.А. Годин. -М.: Наука, 1989.-412С.

2. C.Potel, S.Baly, J.Belleval, M.Lowe, P.Gatignol. Deviation of monochromatic Lamb wave beam in anisotropic multilayered mediaiasymptotic analysis, numerical and experimental results // IEEE Trans, on Ultras., Ferroel., and Freq. Contr. - 2005. -V.52.-P. 987-1001.

3. Niklasson A.J., Datta S.K. On the modeling of guided waves in plates with thin superconducting layers // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation /Ed. By D.O. Tompson and D.E. Chimenti.-AIP: 2000.

4. Анисимкин В.И., Котелянский И.М., Осипенко B.A. Акустические свойства слоистой структуры пьезоэлектрическая пленка ZnO на кремнии // ЖТФ.-1987.- Т.57.- №3.- С.535-539

5. Nakahata Н., Hachigo A., Higaki К., Fujii S., Shikata S., Fujimori N. Theoretical study on SAW characteristics of layered structures including a diamond layer// IEEE Trans. On Ultras., Ferroel. And Freq. Contr.-1995.-V.42.-N2.- P.362-375

6.Krowne C.M. Fourier tranformed matrix method of finding propagation characteristics of complex anisotropic layered media // IEEE Trans, on Microwave Theory and Techniques.- 1984.-V.MTT-32.-N12.- P.1617-1625.

7. Men Q.X.., Zhu S.Z. Surface wave in multilayer dielectric structures excited by various types of Hertzian dipoles //Electr. Lett. - 1996.- V.32.- N6.- P.530-531.

8. Zhang В., Yu M., Lan C.Q., Xiong W. Elastic wave and excitation mechanism of surface waves in multilayered media // J. Acoust. Soc. Am.-1996.- V.100.-N6.-P.3527-3538.

9.Двоешерстов М.Ю., Чередник В.И., Чириманов А.П., Петров С.Г. Свойства акустических граничных волн, распространяющихся вдоль границы раздела двух пьезоэлектрических сред // Акуст.журн. - 2002.-Т.48.-№6.-С.766-769.

10. Плесский В.П., Тен Ю.А. Сдвиговые поверхностные волны на границе повернутого Y-среза кварца с вязкой средой//Акуст.журн.-1985.-Т.31.-№5.- С.553-554.

11. Плесский В.П., Тен Ю.А. Сдвиговые поверхностные акустические волны на границе упругого тела с вязкой жидкостью (газом) // Письма в ЖТФ.-1984.-Т.10.-№5.- С.296-300.

12. Hanhua F., Xingjiao L. Shear horizontal surface waves in a layered structure of piezoelectric ceramics // IEEE Trans, on Ultras., Ferroel., and Freq. Contr. - 1993. -V.40.-N2.-P. 167-170.

13. Филиппов В.В. Волны Лява в анизотропных слоистых системах // Кристаллография.-1984.- Т.29.- №3.- С.598-599.

14. Shiosaki Т., Yamamoto Т., Kawabata А. // Proc. IEEE Ultrason. Symp.- 1977.-Р.814-817.

15. R.Zhang, W.Cao, Q.Zhou, J.-H. Cha, K.K.Shung, and Y.Huang, "Acoustical properties of alumina colloidal/polymer nano-composite film on silicon," IEEE Trans, on Ultrason., Ferroel., and Freq. Control, vol.54, pp.467-469, 2007.

16. H.Wang, W.Cao, Q.Zhou, K.K.Shung, and Y.Huang, "Silicon oxide colloidal/polymer nanocomposite films," Appl. Phys. Lett., vol.85, pp. 5998-6000, 2004.

17. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Joshi S.G., Borodina I.A./ Investigation of acoustic waves in thin plates of lithium niobate and lithium tantalate// IEEE Trans. 2001. V. UFFC - 48. N.l. P.322.

18. B. D. Zaitsev, S. G. Joshi, and I. E. Kuznetsova. Propagation of QSH (quasi shear horizontal) acoustic waves in piezoelectric plates // IEEE Trans. Ultrason. Ferroel. and Freq. Control.-1999.-V.46.-P.1298-1302.

19.1. E. Kuznetsova, B. D. Zaitsev, S. G. Joshi, and I. A. Borodina. Acoustic plate waves in potassium niobate single crystal // Electronic Letters.-1998.- V.34.-N23.-P.2280-2281.

20. М.Ю. Двоешерстов, В.И. Чередник, А.П. Чириманов. Электроакустические волны Лэмба в пьезоэлектрических кристаллах // Акустический журнал. - 2004. - Т.50. - №5. - С.603-608.

21. Y.Jin, S.G.Joshi. Propagation of quasi- shear- horizontal acoustic wave in Z-X lithium niobate plates // IEEE Trans, on Ultras., Ferroel., and Freq. Contr.- 1996.-V.43.-P. 491-494.

22. I. E. Kuznetsova, B. D. Zaitsev, S. G. Joshi. Temperature characteristics of acoustic waves propagating in thin piezoelectric plates // Proceed, of IEEE Int. Ultras. Symposium, 2001, V.I., pp.157-160.

23.Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Teplykh A.A., Joshi S.G., Kuznetsova A.S. Power flow angle (TFA) of acoustic waves in thin piezoelectric plates // Trans, on Ultrason., Ferroel. and Freq. Contr.-2008.-V.55.-N9.-1984-1991.

24. Kuznetsova A.S., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Joshi S.G. The refraction surfaces of zero order acoustic waves in thin piezoelectric plates // Proceed, of IX Int.Conf. "Wave Electronics and its Appl. in Information and Telecommun. Systems, Non-Destructive Testing, Security and Medicine", 9-11 Oct., 2006, St.-Peterburg, Russia, 4 pages.

25. Кузнецова A.C. Поверхности рефракции акустических волн нулевого порядка в пьезоэлектрических пластинах // Материалы I конф. молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика», 28-30 сент.2006 г., Саратов. Изд-во ЗАО ПП «ИППОЛиТ-99», 2006. с. 19-20

26. Wenzel S.W., White R.M. Analityc comparison of the sensitivities of bulk-wave, surface wave, and flexural plate-wave ultrasonic gravimetric sensors // J. Appl. Phys. Lett. 1989. V.54. N.20. P.1976.

27. Baer R.L., Flory C.A., Tom-Moy M., Solomon D.S. STW chemical sensors // Proc. IEEE Ultrasonics Symp. 1992. P. 293.

28. Josse F., Andle J., Vetelino J. et al. Theoretical and experimental study of mass sensitivity of PSAW-APMs on ZX-LiNb03 // IEEE Trans. 1995. V. UFFC- 42. N. 4. P.517.

29. Ballantine D.S., White R.M., Martin S.J., Ricco A.J., Zellers E.T., Frye G.C., Wohltjen H. Acoustic Wave Sensors. San Diego: Academic Press, 1997.

30. Hadjoub Z., Beldi I., Bouloudnine M. et al. Thin film loading effects on SAW velocity dispersion curves // Electron. Lett. 1998. V. 34, N.3. P.313.

31. Josse F., Bender F., Cernosek R.W. Guided shear horizontal surface acoustic wave sensors for chemical and biomedical detection in liquids // Analytical Chemistry. 2001. V.73.N.24. P.5937.

32. Auld B.A. Acoustic fields and waves in solids. New York: Wiley, 1973.

33. Tamarin O., Dejous C., Rebiere D., Pistre J. Simple analytical method to estimate the influence of liquids viscosity on Love wave chemical sensors// Proceed, of IEEE Ultras. Symp.- 2001.-P.343-346.

34. Wang Z., Cheeke J.D.N., Jen C.K. Perturbation method for analyzing mass sensitivity of planar multylayer acoustic sensors// IEEE Trans, on Ultras., Ferroel., and Freq. Contr.- 1996.- V.43.- N5.-P. 844-851.

35. Zimmermann C., Rebiere D., Dejous C., Pistre J., Chastaing E. Evaluation of Love waves chemical sensors to detect organophosphorus compounds: comparison to SAW and SH-APM devices// Proceed, of IEEE/EIA Int. Freq. Control Symp.- 2000.-P.47-51.

36. Zimmermann C., Rebiere D., Dejous C., Pistre J., Planade R. Love- waves to improve chemical sensors sensitivity: theoretical and experimental comparison of acoustic modes// Proceed, of IEEE Int. Freq. Control Symp.- 2002.- P.281-288.

37. H.M. Ушаков, K.B. Запсис, И.Д.Кособудский. Электрофизические и диэлектрические свойства железосодержащих нанокомпозитов// Письма в ЖТФ.-2003.-Т.29.-Выи 22.-С. 29-32

38. И.Д.Кособудский, Г.Ю.Юрков. Наноразмерные металлические частицы в полимерных матрицах: Синтез, физико-химические свойства. Применение //Известия вузов. Химия и химическая технология. 2000. Т. 43., № 5, С.З - 19.

39. Ушаков Н.М., Кособудский И.Д., Юрков Г.Ю., Губин С.П., Запсис К.В., Кочубей В.И.. Ульзутуев А.Н. Новые композиционные наноматериалы с

управляемыми свойствами для радиотехники и электроники // Радиотехника, 2005. № 10. С. 105-108

40. Губин С.П., Кособудский И.Д. Металлические кластеры в полимерных матрицах // Успехи химии, 1983. т.52, С.1350 - 1364.

41. А.П.Бабичев, Н.А.Бабушкина, А.М.Братковский и др. Физические величины / Под ред. И.С.Григорьева, Е.З.Мейликова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232с.

42. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Shikhabudinov A.M. Elastic and Viscous Properties of Nanocomposite Films Based on Low- Density Polyethylene // Trans, on Ultrason., Ferroel. and Freq. Contr., 2010, vol.57, N9, pp.2009-2011

43. Кузнецова И.Е., Ульзутуев A.H., Зайцев Б.Д., Ушаков Н.М., Кособудский И.Д. Акустические характеристики полимерных нанокомпозитных пленок // Труды XVIII сессии РАО, 11-15 сентября 2006 г., г.Таганрог, т.1, с. 15-19

44. Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Shikhabudinov A.M., Kolesov V.V., Fionov A.S., Kosobudskii I.D. Modulus of elasticity and viscosity coefficients of polymeric nanocomposite films with Fe and CdS nanoparticles // Proceed, of 16 Int. Symp. "Nanostructures: physics and technology", July 14-18, 2008, г.Владивосток, c.68-69

45. X.-J. Ji, T.Han, W.-K. Shi, and G.-W.Zhang, "Investigation of SAW propaerties of LGS and optimal cuts for high-temperature applications", Trans, on Ultrason., Ferroel. and Freq. Contr., vol.52, no.l 1, pp.2075-2080, 2005.

46. I.V. Anisimkin, Yu.V. Gulyaev, V.I.Anisimkin, "Temperature sensitivity of plate modes in ST-Quartz," Proc. of IEEE Ultrason. Symp., pp.423-426, 2001.

47. Tomar M., Gupta V., Sreenivas K. Theoretical studies on LiNb03/Sapphire layered structure with Si02 over layer for zero TCD SAW device application // Proceed, on Ultras. Symp.- 2001.- P.265-268.

48. Wu P., Emanetoglu N.W., Tong X., Lu Y. Temperature compensation of SAW in Zn0/Si02/Si structure // Proceed, on Ultras. Symp.- 2001.- P.211-214.

49. CRC Handbook of Chemistry and Physics / R.C. Weast. Florida: CRC Press, 2001.

50. Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Shikhabudinov A.M., Kolesov V.V. Temperature dependencies of dielectric permittivity of polymeric nanocomposite materials // Book of Abstracts of Int. Conf. AMAAV'09, Jan. 4-6, 2009, Cairo, Egypt, 2009, p.57

51. Schweyer, M. G. An acoustic plate mode sensor for aqueous mercury / M.G. Schweyer, J.C. Andle, D.J. McAlister, L.A. French, J.F. Vetelino // Proc. of IEEE Int. Ultras. Symp.- 1996.- P. 355-358.

52. Anisimkin, I.V. Acoustic wave liquid sensing: features, tendencies, perspectives / Anisimkin I.V.,' Gulyaev Yu.V. // Proc. 17th International Congress on Acoustics.- 2001.- V.IV.-P.90-91.

53. Zaitsev, B.D. Acoustic waves in piezoelectric plates bordered with viscous and conductive liquids / B.D. Zaitsev, S.G. Joshi, I.E. Kuznetsova, I.A. Borodina // Ultrasonics. - 2001.- V.39, N1.- P.45-50.

54.White, R.M. Plate-mode ultrasonic oscillator sensors / R.M. White, P.J. Wicher, S.W. Wenzel, E.T. Zellers // IEEE Trans, on Ultrason., Ferroel. and Freq. Contr.- 1987.-V.34, N2.- P.162-171.

55. Watkins, R.D. The attenuation of Lamb waves in the presence of a fluid / R.D. Watkins, W.H.B. Cooper, A.B. Gillespie, R.B, Pike // Ultrasonics.- 1982.- V.20.- P.257-264.

56. Joshi, S.G. Miniature, high efficiency transducers for use in ultrasonic flow meter / S.G. Joshi, B.D. Zaitsev, I.E. Kuznetsova // Proc. of IEEE Int. Ultras. Symp.-2004,- P.1286-1289.

57. Wu, J. Sensitivity of Lamb wave sensors in liquid sensing / J. Wu, Z. Zhu // IEEE Trans, on Ultrason., Ferroel. and Freq. Contr.- 1996.- V.43, N1.- P.71-72..

58. Scandelari, L. A sensor for liquids characterization based on elastic surface waves generated with a P(VF2-VF3) film in a non-piezoelectric media / L. Scandelari, N. Noury, P. Benech, E. Chamberod // Ultrasonics.- 1998.- V.36.- P. 15-20.

59.Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966Л

60. Lamb H. On waves in an elastic plate // Proc. Roy. Soc. London A, 1917, v.93,

p.14

61. Кузнецова И.Е., Зайцев Б.Д., Джоши С.Г., Теплых А.А. Влияние жидкости на характеристики антисимметричных волн Лэмба в тонких пьезоэлектрических пластинах// Акуст. журн., 2007, т.53, №5, с.637-644

62. Бородина, И.А. Акустические волны в тонких пластинах ниобата лития / И.А.Бородина, С.Г. Джоши, Б.Д. Зайцев, И.Е. Кузнецова // Акуст.журн.- 2000.-Т.46, N1.- С.42-46.

63. Дьелесан Э., Руайе Д. Упругие волны в твердых телах. М.: Наука. 1982. 424 С.

64. Поверхностные акустические волны / Под. ред. А. Олинера. М.: Мир, 1981. Гл. 2.

65. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Аналитическая геометрия. М. Наука. 1968., 232

С.

66. Джоши С.Г., Зайцев Б.Д., Кузнецова И.Е., Кузнецова А.С. Гравиметрическая чувствительность акустических волн в пьезоэлектрических пластинах // Радиотехника и электроника, 2005, т.50, N6, с.707-711

67. Kuznetsova A.S., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E., Joshi S.G. Gravimetric Sensitivity of Plate Acoustic Waves for Biological and Chemical Sensors // Proceed, of VIII Int.Conf. "Wave Electronics and its Appl. in Information and Telecommun. Systems", 4-8 Sept., 2005, St.-Peterburg, Russia, S2-17

68. Кузнецова А.С. Характеристики акустических волн в структуре «пьезоэлектрическая пластина - металлический/диэлектрический слой» // Сборник материалов школы-конференции «Нелинейные дни в Саратове для молодых - 2005». Изд-во ГосУНЦ «Колледж», 2005. с.28-31

69. Kuznetsova I.E., Joshi S.G.. Zaitsev B.D., Kuznetsova A.S. Gravimetric Sensitivity of Fundamental Acoustic Waves in Piezoelectric Plates for Metal and Dielectric Massloading Layers // WCU/UT05, 28 Aug. - 1 Sept.,2005, Beijing, China. Program and Abstracts, p. 15

70. Covacz G., Anhorn M., Engan H. E. et al. Improved material constants for LiNb03 and LiTa03 // Proc. IEEE Ultrason. Symp. 1990. V.l. P. 435.

71. Slobodnik A.J. Microwave acoustic handbook. Bedford: Microwave Phys. Lab, 1973.

72. Nakamura K, Kazumi M, and Shimizu H. SH-type and Rayleigh-type surface waves on rotated Y-cut LiTa03 // Proc. IEEE Ultrasonics Symp. 1977. P. 819.

73. Кузнецова И.Е., Зайцев Б. Д., Джоши С.Г., Кузнецова А.С. Гравиметрическая чувствительность акустических волн в тонких пьезоэлектрических пластинах в присутствии жидкости // Письма в ЖТФ, 2006, т.32, вып. 16, с.84-89

74. Трахтенберг Л.И, Герасимов Г.Н, Потапов В.К, Ростовщикова Т.Н., Смирнов В.В, Зуфман В.Ю. Вестник Московского университета, Сер.Химическая, 2001, т.42, №5, с.325-331.

75. Мейлихов Е.З. Физика твердого тела, 2001, т.43, №7, с.1181-1184.

76. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Kuznetsova A.S. Acoustics waves in structure "piezoelectric plate-polymeric nanocomposite film" // Ultrasonics.- 2008.- У.48,- N6-7,- P.587-590

77. Кузнецова И.Е., Зайцев Б.Д, Ушаков Н.М., Кузнецова А.С. Акустические волны в структуре «пьезоэлектрическая пластина - полимерная нанокомпозитная пленка с наночастицами CdS" // Труды XIX сессии РАО, 24-28 сентября 2007 г., г.Нижний Новгород. т.2, с. 69-72

78. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Kuznetsova A.S. Influence of polymeric nanocomposite film on acoustic waves in piezoelectrics// Proceed, of Acoustics'08, June 29 -July 4, 2008, Paris. France, p.6053-6058

79. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Ushakov N.M., Kuznetsova A.S. Acoustic waves in structure "piezoelectric plate - polymeric nanocomposite film" // ICU'2007, April 9-12, 2007, Vienna, Austria, Book of Abstracts, p. 166

80. Kuznetsova A.S., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E. Acoustic Waveguides Based on Thin Piezoelectric Plates and Nanocomposite Polymeric Films for Biological and

Chemical Sensors // X Int. Conf. "Wave Electronics and its Appl. in Information and Telecom. Syst., Non-Destruct. Testing, Security and Medicine", 2-7 July., 2007, St.-Peterburg, Russia, Abstracts, p.52

81. Кузнецова A.C., Зайцев Б.Д., Кузнецова И.Е. Акустические волны в структуре «пьезоэлектрическая пластина - металлсодержащая нанокомпозитная полимерная пленка» // Материалы II конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика», 14-17 мая 2007, г. Саратов: Изд-во Колледж, с.62.

82. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Kuznetsova A.S. Acoustic waves in structures consist of polymeric nanocomposite material and piezoelectric plate // Int. Conf. AMAAV'09, Jan. 4-6, 2009, Cairo, Egypt, Book of Abstracts, p. 12

83. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Shikhabudinov A.M., Kuznetsova A.S. Physical properties of nanocomposite polymeric materials and possibility of their applications in acoustoelectronics// 1st Int. Conf. on Nanostructured Materials and Nanocomposites (ICNM - 2009): April 6-8, 2009, Kottavam, Kerala, India. Program and Abstracts, p.49

84. Гинзтон Э.Л. Измерения на сантиметровых волнах. М.: ИЛ. 1960. 620 С.

85. Kuznetsova A.S., Zaitsev B.D., Kuznetsova I.E. The characteristics of fundamental shear-horizontal acoustic waves in structure "nanocomposite polymeric film-vacuum gap-piezoelectric plate" // ICU'2009, Jan. 11-17, 2009, Santiago, Chile-Program and Abstracts, p.21

86. B.D. Zaitsev, I.E. Kuznetsova Electric field influence on acoustic waves. In Handbook of an advanced photonic and electronic materials and devices. Ed. by H.S.Nalwa. V.4. Ch.4. San-Diego: Academic Press, P.139-174, 2000

87. H.F. Tiersten, "Perturbation theory for linear electroelastic equations for small fields superposed on a bias," J. Acoust. Soc. Amer., vol.64, pp.832-837, 1978.

88. A. J. Slobodnik, "The Temperature Coefficients of Acoustic Surface Wave Velocity and Delay on Lithium Niobate, Lithium Tantalate, Quartz, and Tellurium Dioxide," Phys. Sci. Res. Pap., No.477, 1972.

89. C.S. Kim, К. Yamanouchi, S. Karasawa, and K. Shibayama, "Temperature dependence of the elastic surface wave velocity on LiNb03 and LiTa03," Jap. Journ. of Appl. Phys., vol. 13, pp.24-27, 1974.

90. X.-J. Ji, T.Han, W.-K. Shi, and G.-W.Zhang, "Investigation of SAW propaerties of LGS and optimal cuts for high-temperature applications", Trans, on Ultrason., Ferroel. andFreq. Contr., vol.52, no.l 1, pp.2075-2080, 2005.

91. I. V. Anisimkin, V. I. Anisimkin, Yu. V. Gulyaev, and E. Verona, "Temperature Properties of Plate Modes in Quartz," Acoustical Physics, vol.48, pp.8-11,2002.

92. S.G. Joshi, Y. Jin, "Propagation of ultrasonic Lamb waves in piezoelectric plates," J. of Appl. Phys., vol. 70, no.8, pp.4113-4120, 1991.

93. G.W. Farnell and E. Adler, "Elastic wave propagation in thin layers," in Physical Acoustics, vol.9, W.P. Mason and R.N. Thurston, Eds. New York: Academic Press, 1972.

94. Zaitsev B.D.. Kuznetsova I.E.. Joshi S.G.. Kuznetsova A.S. New method of change in temperature coefficient delay of acoustic waves in thin piezoelectric plates // Trans, on Ultrason., Ferroel. and Freq. Contr., 2006. v.53, no.l 1, pp.2113-2120

95. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Joshi S.G., Kuznetsova A.S. New method of change in temperature coefficient delay of acoustic waves in thin piezoelectric plates // Proceedings of IEEE Ultrasonics Symp., 2005, pp. 1272-1275

96. Зайцев Б.Д., Кузнецова И.Е.. Бородина И.А., Кузнецова А.С. Новый способ изменения температурного коэффициента задержки акустических волн в тонких пьезоэлектрических пластинах // Сб. научн. тр. «Информационные технологии в науке, производстве и социальной сфере». Саратов: Научная книга, 2005, с. 242-247.

97. G.W.Kaye, Т.Н. Laby, Tables of physical and chemical constants. London, UK: Longmans, Green & Co, 1959.

98. Кузнецова А.С., Шихабудинов A.M. Влияние температуры на характеристики акустических волн в структуре «пьезоэлектрическая пластина -нанокомпозитная полимерная пленка»//Нелинейный мир, 2009, т.7, №6, с.483-484

99. Кузнецова И.Е., Зайцев Б.Д., Кузнецова А.С. Влияние температуры на характеристики акустических волн в структуре «пьезоэлектрическая пластина -нанокомпозитная полимерная пленка» // Труды XX сессии РАО, 27-31 октября 2008г., г. Москва, т.2, с.61-64

100. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Kuznetsova A.S.. Shikhabudinov A.M. Development of temperature stable acoustic line based on piezoelectric plate and nanocomposite polymeric film // Proceedings of IEEE Ultrasonics Symp., 2008, Nov. 2-5, 2008, Beiging, China, pp.920-923

101. Кузнецова A.C., Зайцев Б.Д., Кузнецова И.Е. Влияние температуры на характеристики акустических волн в структуре «нанокомпозитная пленка — пьезоэлектрическая пластина»// Материалы III конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелинейная физика», 25-27 июня 2008, г. Саратов, с.81-84.

102. Кузнецова И.Е., Зайцев Б.Д., Кузнецова А.С. Новый способ изменения температурного коэффициента задержки акустических волн в структуре, содержащей пьезоэлектрическую пластину// Труды XXII сессии РАО, 15-17 июня 2010г., г. Москва, т. 1, с. 1-8

103. Кузнецова А.С., Зайцев Б.Д.. Кузнецова И.Е., Бородина И.А. Новый способ изменения температурного коэффициента задержки акустических волн в структуре, содержащей пьезоэлектрическую пластину// Материалы V конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелиней-ная физика», 6-8 сентября 2010, г. Саратов, с.145-147

104. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Kuznetsova A.S. New Method of the Change of TCP of Acoustic Waves in Structure Containing Piezoelectric Plate // Proceedings of IEEE Ultrasonics Symp., 2010, Oct. 11-13, 2010, San-Diego, USA, pp.2219-2222

105. Тенденции развития мирового рынка ультразвуковых расходомеров // www.stroygorhoz.ru

106. Биргер Г.И./ Биргер Г.И, Бражников Н.И, / Ультразвуковые расходомеры. Москва: «Металлургия», 1964. 384 с.

107. Фрайден Д./ Фрайден Д. / Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. 588

108. Лепявко А.П./ Лепявко А.П. /Расходомеры и счетчики жидкости и газа. Поверка и калибровка: Учеб. пособие. Москва: «Москва», 2005.

109. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Kuznetsova A.S., Shikhabudinov A.M.,Teplykh A.A., Borodina I.A. The use of nanocomposite polymeric materials for optimization of acoustic gas flowmeter parameters// ICU'2009, Jan. 11-17, 2009, Santiago, Chile. Program and Abstracts, p.20.

110. Кузнецова A.C., Зайцев Б. Д., Кузнецова И.Е. Оптимизация излучателя/приемника акустических волн ультразвуковых расходомеров газа// Материалы IV конференции молодых ученых «Наноэлектроника, нанофотоника и нелиней-ная физика», 7-9 сентября 2009, г. Саратов, с.54-56

111. Condensed reference series for ultrasonic nondestructive testing vol.2 velocity tables / Staveley NDT technologies.2007

112. Кузнецова И.Е., Зайцев Б.Д., Бородина И.А, Кузнецова А.С. Антисимметричные волны Лэмба нулевого порядка в структуре «пьезоэлектрическая пластина - нанокомпозитный слой - жидкость»// Труды XXIV сессии РАО, 12-15 сентября 2011 г., г. Саратов, т.1, с.70-73

113. Joshi, S.G. Efficient mode conversion transducers for use in ultrasonics flow meters / S.G. Joshi, B.D. Zaitsev, I.E. Kuznetsova // Proceedings of IEEE Ultrasonics Symp.- 2009.- P. 1491 - 1494.

114. Теплых, А.А. Эффективные излучатели и приемники ультразвука в жидкости на основе антисимметричных акустических волн в пьезопластинах / Теплых А.А, Шихабудинов A.M. // Сборник аннотаций проектов молодежного инновационного форума, 12-14 мая 2010, г. Ульяновск.- 2010.- С. 220-221.