1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Акустический журнал
  4. T. 69, № 6, 2023

Акустический журнал, 2023, T. 69, № 6, стр. 702-712

Исследование акустических характеристик суспензий на основе глицерина и микрочастиц синтетического алмаза с помощью резонатора с продольным электрическим полем

А. П. Семёнов a, *, Б. Д. Зайцев a, А. А. Теплых a, И. А. Бородина a

a Саратовский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
410019 Саратов, ул. Рабочая 24, Россия

* E-mail: alex-sheih@ya.ru

Поступила в редакцию 22.03.2023
После доработки 19.04.2023
Принята к публикации 18.05.2023

Аннотация

Исследованы акустические свойства суспензий на основе чистого глицерина и алмазного порошка с размером частиц 1–2 мкм с различной концентрацией с помощью резонатора с продольным электрическим полем. Дисковый резонатор из лангасита с круглыми электродами на обеих сторонах пластины с частотой 4.1 МГц, работающий на продольной акустической волне, полностью погружали в жидкостный контейнер с исследуемой суспензией. На основе измеренных частотных зависимостей реальной и мнимой частей электрического импеданса резонатора с использованием эквивалентной электромеханической схемы были определены продольный модуль упругости и продольный коэффициент вязкости исследуемых образцов. Сравнение экспериментально найденных зависимостей продольного модуля упругости, коэффициента вязкости и скорости продольной акустической волны от объемной концентрации частиц алмаза в суспензии с расчетными зависимостями показало их хорошее соответствие.

Ключевые слова: пьезоэлектрический резонатор с продольным электрическим полем, суспензии, резонансная частота, электрический импеданс и адмиттанс, модуль упругости, коэффициент вязкости, скорость продольной акустической волны

Список литературы

  1. Mayer A.E., Pogorelko V.V., Yalovets A.P. Elastic waves in suspensions // Acoust. Phys. 2011. V. 57. № 2. P. 136–143.

  2. Егошина В.Д., Гонгальский М.Б., Цурикова У.А., Свиридов А.П., Осминкина Л.А., Андреев В.Г. Кавитационная активность водных суспензий пористых кремниевых наночастиц с различной степенью гидрофобности поверхности // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. С. 92–100.

  3. Minakov A.V., Pryazhnikov M.I., Damdinov B.B., Nemtsev I.V. Acoustic Spectroscopy Study of the Bulk Viscosity of Nanosuspensions // Acoust. Phys. 2022. V. 68. № 2. P. 155–161.

  4. Казаков Л.И. Ячеечные модели вязкоупругой среды с твердыми сферическими включениями // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 2. С. 173–181.

  5. Шамсутдинова Е.С., Анисимкин В.И., Фионов А.С., Смирнов А.В., Колесов В.В., Кузнецова И.Е. Совершенствование методов исследования электрофизических и вязкостных свойств жидкостей // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 1. С. 56–62.

  6. Lebedev-Stepanov P.V., Rudenko O.V. Sound attenuation in a liquid containing suspended particles of micron and nanometer dimensions // Acoust. Phys. 2009. V. 55. № 6. P. 729–734.

  7. Zaitsev B.D., Borodina I.A., Teplykh A.A. Compact liquid analyzer based on a resonator with a lateral excitation electric field // Ultrasonics. 2022. V. 126. P. 106814.

  8. Zaitsev B.D., Teplykh A.A., Borodina I.A., Kuznetsova I.E., Verona E. Gasoline sensor based on piezoelectric lateral electric field excited resonator // Ultrasonics. 2017. V. 80. P. 96–100. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2017.05.003

  9. Kondoh J., Nakayama K., Kuznetsova I. Study of frequency dependence of shear horizontal surface acoustic wave sensor for engine oil measurements // Sensors and Actuators A: Physical. 2021. V. 325. P. 112503. https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112503

  10. Song S., Chen D., Wang H., Guo Q., Yu W. Shear mode bulk acoustic viscosity sensor for blood coagulation monitoring in oral anticoagulant therapy // J. Nanoscience Nanotech. 2018. V. 18. P. 8099–8104. https://doi.org/10.1166/jnn.2018.16425

  11. Бородина И.А., Зайцев Б.Д., Алсовэйди А.К.М., Караваева О.А., Гулий О.И. Биологический датчик на основе акустической щелевой моды с использованием микробных клеток для определения ампициллина // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 6. С. 583–588.

  12. Zaitsev B.D., Joshi S.G., Kuznetsova I.E., Borodina I.A. Acoustic waves in piezoelectric plates bordered with viscous and conductive liquids // Ultrasonics. 2001. V. 39. № 1. P. 45–50. https://doi.org/10.1016/S0041-624X(00)00040-8

  13. Guo F.L., Sun R. Propagation of Bleustein–Gulyaev wave in 6 mm piezoelectric materials loaded with viscous liquid // Int. J. Solids and Structures. 2008. V. 45. № 13. P. 3699–3710. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2007.09.018

  14. Anisimkin V., Shamsutdinova E., Li P., Wang B., Zhu F., Qian Z., Kuznetsova I. Selective detection of liquid viscosity using acoustic plate waves with in-plate polarization // Sensors. 2022. V. 22. P. 2727. https://doi.org/10.3390/s22072727

  15. Zhao Z., Qian Z., Yong Y.-K. Frequency shift prediction of a shear mode multi-layered FBAR sensor in viscous media using transfer matrix method // Appl. Math. Model. 2021. V. 99. P. 555–565. https://doi.org/10.1016/j.apm.2021.07.009

  16. Caliendo C., Hamidullah M. Guided acoustic wave sensors for liquid environments // J. Phys. D: Appl. Phys. 2019. 52. P. 153001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/aafd0b

  17. Chen D., Xu Y., Li D., Zhang L., Liu W., Wang J. A lateral field excited ZnO film bulk acoustic wave sensor working in viscous environments // J. Micromech. Microeng. 2013. V. 23. № 9. P. 095032

  18. Wang M., Shi H., Ma T., Yuan L., Wang J., Du J., Qian Z., Kuznetsova I., Zhang C. High-frequency vibration analysis of LiTaO3 piezoelectric plates excited by lateral electric fields produced by surface electrodes under viscous liquid loadings for sensing // Smart Materials and Structures. 2020. V. 29. № 4. P. 045004.

  19. Hu Y., French L.A., Radecsky K., Da Cunha M.P., Millard P. and Vetelino J.F. A lateral field excited liquid acoustic wave sensor // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2004. V. 51. № 11. P. 1373–1380.

  20. Зайцев Б.Д., Теплых А.А., Шихабудинов А.М. Датчик вязкой и проводящей жидкости на основе пьезоэлектрического резонатора с поперечным электрическим полем // Нелинейный мир. 2016. Т. 14. № 1. С. 61–63.

  21. Durning C.J., Nwankwo E. Mechanical response of thickness-shear mode quartz-crystal resonators to linear viscoelastic fluids // Sensors and Actuators A: Physical. 1998. V. 64. № 2. P. 119–124.

  22. Kuznetsova I.E., Zaitsev B.D., Shikhabudinov A.M. Elastic and viscosity properties of Nanocomposite Films Based on Low-Density Polyethylene // Trans. Ultrason. Ferroel. Freq. Control. 2010. V. 57. № 9. P. 2099.

  23. Semyonov A., Zaitsev B., Teplykh A., Borodina I. The Effect of Glycerol-Based Suspensions on the Characteristics of Resonators Excited by a Longitudinal Electric Field // Sensors. 2023. V. 23. P. 608.

  24. Singh A., Walvekar R., Khalid M., Wong W.Y., Gupta T.C.S.M. Thermophysical properties of glycerol and polyethylene glycol (PEG600) based DES // J. Mol. Liquds. 2018. V. 252. P. 439–444.

  25. Kuznetsova I., Zaitsev B., Krasnopolskaya L., Teplykh A., Semyonov A., Avtonomova A., Ziangirova M., Smirnov A., Kolesov V. Influence of humidity on the acoustic properties of mushroom mycelium films used as sensitive layers for acoustic humidity sensors // Sensors. 2020. V. 20. P. 2711.

  26. Chilla E., Flannery C.M., Fröhlich H.-J., Straube U. Elastic properties of langasite-type crystals determined by bulk and surface acoustic waves // J. Appl. Phys. 2001. V. 90. № 12. P. 6084. https://doi.org/10.1063/1.1409574

  27. Harker A.H., Temple J.A.G. Velocity and attenuation of ultrasound in suspensions of particles in fluids // J. Phys. D: Appl. Phys. 1988. V. 21. P. 1576–1588.

  28. Григорьев И.С., Мейлихов Е.3. Физические величины. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

  29. Енохович А.С. Справочник по физике и технике. М.: Просвещение, 1983. 255 с.

  30. Зайцев Б.Д., Семенов А.П., Теплых А.А., Бородина И.А. Исследование продольной акустической волны в суспензии “глицерин–микрочастицы синтетического алмаза” // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии (КрыМиКо’2022). Вып. 4. С. 187–188.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Акустический журнал

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал