由于不同的材料具有不同的阻抗，聲波在發射、傳播和接收的過程中容易産生的損耗，從而影響有用聲信号的傳遞和獲取。人們通常用匹配層來緩解阻抗失配和減小損耗。然而現有的匹配層一旦設計制作，其阻抗特性是固定不可調的，隻能用于特定的阻抗失配系統。最近，我院2015級物理學碩士研究生吳吉恩利用帶有分流電路的壓電片設計制作了一種可調梯度阻抗匹配層。該匹配層的阻抗可以通過外接分流電路來調節，可用于不同的阻抗失配系統，大大地增加了匹配層的重複利用率。相關文章發表于Journal Applied Physics 128：064502 (2020) [1]。該文章第一署名單位為77779193永利，吳吉恩為文章第一作者，3044永利集团鄧科教授與中國科學院聲學研究所賈晗研究員為共同通訊作者。
壓電材料具有壓電效應，其聲學特性（阻抗）可由外接電路控制。圖（a）為壓電片（PZT4）的示意圖，它的兩個電極（綠色）由外接電容
連通。壓電片沿軸向（z方向）的阻抗Zeff可通過電容調節（圖（b））。當電容為負時，阻抗具有較大的可調範圍。負電容可通過負反饋電路實現（圖（c））。可調梯度阻抗匹配層（TGIML）由八個這樣的壓電片疊加形成（圖（d）和圖（e））。通過調節每個壓電片的電容，可得到任意的阻抗梯度，因此可用于不同的阻抗失配系統。文章将該匹配層用于兩種阻抗失配系統，均表現出了很好的聲增透效果。一種由不鏽鋼（SS）和有機玻璃（PMMA）構成，加入匹配層後的透射增強因子（無匹配層時的透射因子為1）為圖（f）所示；另一種由不鏽鋼和鋁構成，透射增強因子為圖（g）所示。
（a）帶有分流電路的壓電片，兩個電極由電容連通。（b）壓電片阻抗Zeff随的變化。（c）負電容的實現。（d）和（e）分别為阻抗失配系統插入可調梯度阻抗匹配層後的示意圖和實驗照片。（f）和（g）分别為兩種不同的阻抗失配系統插入可調梯度阻抗匹配層後的聲透射增強因子（用無匹配層時的透射做歸一化處理）。Open Circuit表示電路斷開，此時匹配層的阻抗不可調。Shunted Circuit表示電路連通，此時匹配層的阻抗可用電容調節。
該工作得到了國家自然科學基金（11964011，11874383，11764016）、湖南省自然科學基金（2018JJ3412）、中國科學院青年創新促進會（2017029）、中國科學院聲學研究所青年英才計劃（QNYC201719）和北京市環境噪聲與振動重點實驗基金（H195）的支持。吳吉恩2018年獲77779193永利優秀碩士學位論文并被推薦參評2020年湖南省優秀碩士學位論文，現攻讀華南理工大學博士學位。
[1] Jien Wu, Yuzhen Yang, Han Jia,a) Xiangyuan Xu, Jun Yang, Zhaojian He, and Ke Denga), J. Appl. Phys. 128, 064502 (2020).
https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0012536
