项目编号 | I33-2019-J001 |
项目名称 | 高性能压电复合材料及传感器关键技术及产业化 |
候选单位 | 北京信息科技大学 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 北京国科舰航传感技术有限公司 常州雷勒超声电子有限公司 |
候选人 | 秦 雷 高国伟 唐义政 仲 超 钟琴琴 董铭锋 仲林建 谷传欣 胡 平 黄碧玉 |
项目简介 | 党的十九大报告指出要“坚持陆海统筹,加快建设海洋强国。”习总书记提出 “深海进入、深海探测、深海开发三部曲”。为实现深海探测目的,需要研制高性能水声换能器,实现水下声波信号的高效发射和接收。其中,高频水声换能器由于具有的高精度精细探测能力可以起到重要作用。目前在我国高频换能器主要依赖进口,部分高精度、高性能换能器无法实现国产。
本项目针对上述需求,研制了全新的1-1-3型压电复合材料,并以此为核心元件,研制高频换能器。重点开展高频宽带换能器以及高频大波束开角换能器关键技术攻关,探索通过多模振动耦合实现对换能器带宽的拓展,探索压电复合材料的共型技术,实现换能器的宽波束开角收发信号。从而解决高频声呐系统的探测精度、探测空间范围以及探测距离问题,使其在我国深海探测领域发挥重要作用。
本项目包含三个创新点。创新点1,国内外首次提出具有高机电耦合系数的1-1-3型压电复合材料,突破了压电复合材料机电耦合系数无法进一步提高的技术瓶颈,达到0.925,是国内外公开发表的最高值。该研究从压电材料基础理论出发,解决了制约压电复合材料性能提升的关键科学问题。创新点2,宽带压电换能器技术。本项目创新性地采用多模振动耦合的技术实现压电换能器宽带特性,通过多模态谐振提高发送响应,通过参差调谐效应拓展带宽,突破带宽和发射响应不能同时提高的矛盾。经专家鉴定达到国际先进水平。创新点3,共型压电复合材料的结构及换能器设计。本项目创造性的提出了基于陶瓷—树脂—橡胶的三相材料复合的共型压电复合材料成型技术,实现了换能器的宽波束开角收发信号。单向发射换能器宽波束开角可达100°以上,突破了国外对压电复合材料的曲面成型技术的垄断。
通过上述项目的研究,共申请相关发明专利14项,已授权10项,发表学术论文20余篇。项目投入77万元,产生直接经济效益2704.383万元。研制产品已经在申报单位的共同努力下实现产业化并在水下探测、工业超声无损检测、高性能压电传感器、医疗超声等领域得到了大量应用。产品分别被中国科学院声学所、中船重工集团公司下属各研究所、北京标融科技发展有限公司、北京声望科技有限公司、北京越音速有限公司、南京广慈医疗科技有限公司等几十家单位应用在各自的产品和设备上,获得了较好的应用效果。该项研究服务首都科技创新中心建设,支持在京科研院所、企业实现科技创新,对于“中国制造2025计划”、“海洋战略”的实施具有积极的推进作用。 |
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