Forschungszentrum Ultraschall gGmbH

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Piezoelektrische Materialien

Piezoelektrische Materialien sind das Herzstück eines Ultraschallwandlers. Im Sendebetrieb wird der indirekte Piezoeffekt genutzt, um elektrische Wechselspannungen in mechanische Schwingungen umzuwandeln. Im Empfangsfall erzeugen die auf den Wandler auftreffenden Schallwellen eine mechanische Deformation des Piezomaterials, die mittels des (direkten) piezoelektrischen Effekts in elektrische Signale umgewandelt werden.

Zu den klassischen Piezomaterialien gehören Einkristalle (Quarz, PMN-PT, PbTiO3, BaTiO3) und polykristalline Keramiken (z.B. PZT, Bleimetaniobat). Diese werden als Volumenschwinger (Scheiben, Ringe, Zylinder) oder als Schichten auf Substraten verwendet. In den letzten Jahren haben neue Materialien wie piezoelektrische Folien (PVDF) und Keramik-Polymer-Komposite das Spektrum der Ultraschallprüfköpfe erheblich erweitert.

Die Mitarbeiter des Forschungszentrums Ultraschall besitzen teilweise langjährige Erfahrungen auf dem Gebiet der piezoelektrischen Kompositmaterialien. Wir beschäftigen uns sowohl mit der Modellierung und Optimierung von unterschiedlichsten Kompositstrukturen für den Einsatz in Ultraschallwandlern, der Berechnung ihrer effektiven Materialeigenschaften und ihres dynamischen Verhaltens, als auch mit der Herstellung und Charakterisierung von Kompositen. Dabei stehen die Materialauswahl und die Strukturoptimierung im Vordergrund.