阻抗匹配層可提高聲波在不同介質間的能量傳輸效率，在換能器設計、無損檢測、醫學超聲成像中發揮重要作用。當前常用的半波長阻抗匹配層及多層復合阻抗匹配層等方法，均只能針對既定兩種目標介質進行設計并工作，普適性較差。
近期，中國科學院聲學研究所噪聲與振動重點實驗室研究員楊軍和賈晗團隊與吉首大學鄧科團隊合作，通過在周期排列的壓電陶瓷片上外接電容調控系統等效聲學阻抗，設計出一種可調式梯度聲學阻抗匹配層，可在不同介質界面處實現寬頻高效的聲波能量透射。
研究人員推導外接分流電路對壓電陶瓷片縱向振動的調控方程，給出周期條件下該系統的聲波色散規律，得到長波近似下的系統等效聲學阻抗與外接電容間的關系。在理論分析的基礎上，研究人員利用八層壓電陶瓷片，構成可調式阻抗匹配層；在實際運用中，在每層匹配層接上不同的電容可得到所需的目標梯度阻抗。為驗證連接壓電分流電路的可調式聲學阻抗匹配層的性能，研究人員分別利用鋼柱和有機玻璃柱、鋼柱和鋁柱構造兩種具有不同阻抗梯度的界面，將設計的可調式聲學阻抗匹配層插入兩個界面中測試效果。結果表明，對于兩種阻抗差異的界面，只需調節體系中外接電容的大小，設計的可調式聲學阻抗匹配層均可大幅提升聲波的能量透射率。該種基于壓電分流電路的可調式聲學阻抗匹配層，具有較寬的工作頻段，可針對不同阻抗差異界面進行快速調節，使用方便。
相關研究成果以A tunable gradient impedance matching layer based on piezoelectric materials with external circuits為題，發表在Journal of Applied Physics上，研究工作得到國家自然科學基金等的支持。
圖1.基于壓電分流電路的可調式聲學阻抗匹配層
圖2.可調式聲學阻抗匹配層在插入鋼/有機玻璃（左圖）和鋼/鋁后的聲能透射增強因子（右圖）
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