Проект «Гибкие пьезоэлектрические структуры для нового поколения акустоэлектронных устройств»

Проект № 19-07-00145А «Гибкие пьезоэлектрические структуры для нового поколения акустоэлектронных устройств»

Руководитель: Смирнов А. В.

Целью Проекта являлась разработка и исследование гибких пьезоэлектрических структур для нового поколения акустоэлектронных устройств.
Основными задачами проекта являлись:
— создание гибких пьезоэлектрических структур на основе PVDF методом Ленгмюра-Блоджет и исследование их свойств.
— создание гибких структур на основе каптона или фольги и пьезоэлектрических пленок (как сплошных, так и островковых) и исследование их свойств.
— разработка новых методов нанесения на пьезоэлектрические структуры встречно-штыревых преобразователей.
— создание на основе разработанных звукопроводов и электродных структур гибких акустоэлектронных устройств и исследование свойств акустических волн в них.

В результате выполнения проекта созданы гибкие пьезоэлектрические пленки на основе PVDF методом Ленгмюра-Блоджет и исследованы их электрофизические, акустические и пьезоэлектрические характеристики, пьезоконстанта составила 20.6 пКл/м. Усовершенствована технология создания проводящих чернил, подходящих для создания планарных электродных структур (ВШП) на поверхности пьезоэлектрических материалов, и проведен принтинг соответствующих электродных структур. Исследованы морфологические, структурные и электрофизические характеристики полученных электродных структур. Показана возможность создания электродных структур путем локального лазерного нагрева покрытия оксида графена. Исследованы свойства акустических волн, возбуждаемых в линиях задержки, основанных на созданных гибких пьезоэлектрических пленках. Исследована возможность создания гибких пьезоэлектрических структур на основе алюминиевой фольги, каптона и пьезоэлектрических пленок ZnO (в том числе и островковых). Получены образцы пьезоэлектрических структур «пленка ZnO — пленка каптона». При этом пленка ZnO характеризовалась пьезоконстантой d33=0.15пКл/м (толщина ZnO — 1.4 мкм). Отработана технология создания встречно-штыревых преобразователей (ВШП) на: поверхности пьезоэлектрических пленок ZnO (длина волны линии задержки (ЛЗ) 32, 64 и 128 мкм), поверхности каптона (длина волны ЛЗ 32, 164, 240 и 500 мкм), поверхности PVDF (длина волны ЛЗ 600 и 1000 мкм). Создан измерительный стенд для проведения исследования процессов возбуждения акустических волн путем использования созданных ВШП. Исследованы свойства акустических волн, возбуждаемых в линиях задержки на основе созданных гибких пьезоэлектрических структур. Для этого был проведён расчёт зависимостей фазовых скоростей А0, S0 и SH0 волн: в пластине Z среза PVDF; для структуры «пленка Kapton (25мкм) – пленка ZnO(1.4мкм)»; для структуры «пленка Kapton (25мкм) – пленка PVDF (31.6нм)» от параметра hf. Определены частотные диапазоны существования волн Лэмба и волн с поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого порядка в указанных структурах. Проведено компьютерное моделирование линий задержки на основе печатных электродных структур методом конечных элементов, показано хорошее совпадение теоретических и экспериментальных данных.

Перечень наиболее важных публикаций по проекту:
1. Kuznetsova I. E., Nedospasov I. A., Smirnov A. V., Qian Z. H., Wang B., Dai X. Y. Excitation and detection of evanescent acoustic waves in piezoelectric plates: Theoretical and 2D FEM modeling //Ultrasonics. – 2019. – Т. 99. – С. 105961. IPF 2.598 (WOS Q2, Scopus Q1)
2. Smirnov A. V., ZaitsevB.D., Teplykh A. A., Nedospasov I. A, Golovanov E. V.,  Qia Z. H.,Wang B.,Kuznetsova I.E. The Experimental Registration of the Evanescent Acoustic Wave in YX LiNbO3 Plate //Sensors. – 2021. – Т. 21. – №. 6. – С. 2238.
3. Smirnov A. V., Kuznetsova I. E., Anisimkin V. I., Kolesov V. V. Development of electrode structure for acoustic delay lines by using inject printing method //ITM Web of Conferences. – EDP Sciences, 2019. – Т. 30. – С. 07005.
4. Смирнов А.В., Горбунова А.В., Колесов В.В., Анисимкин В.И., Кузнецова И.Е.. Формирование печатных электродных структур для акустических линий задержки// Нелинейный мир. – 2019. – №17. – 54-56
5. Kuznetsova I. E., Smirnov A. V., Anisimkin V. I., Gubin S. P., Signore M. A., Francioso L., Kondoh J., Kolesov V. V. Inkjet printing of plate acoustic wave devices //Sensors. – 2020. – Т. 20. – №. 12. – С. 3349., IPF 3.275 (WOS Q1, Scopus Q1)
6. Gorbachev I.A., Smirnov A.V., Shamsutdinova E.S., Kashin V.V., Yudin S.G Studying the Structural and Piezoelectric Properties of PVDF Films Obtained Using Langmuir‒Blodgett Technology //Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2021. – Т. 85. – №. 6. – С. 603-607.