由于不同的材料具有不同的阻抗，声波在发射、传播和接收的过程中容易产生的损耗，从而影响有用声信号的传递和获取。人们通常用匹配层来缓解阻抗失配和减小损耗。然而现有的匹配层一旦设计制作，其阻抗特性是固定不可调的，只能用于特定的阻抗失配系统。最近，我院2015级物理学硕士研究生吴吉恩利用带有分流电路的压电片设计制作了一种可调梯度阻抗匹配层。该匹配层的阻抗可以通过外接分流电路来调节，可用于不同的阻抗失配系统，大大地增加了匹配层的重复利用率。相关文章发表于Journal Applied Physics 128：064502 (2020) [1]。该文章第一署名单位为吉首大学，吴吉恩为文章第一作者，吉首大学物理与机电工程学院邓科教授与中国科学院声学研究所贾晗研究员为共同通讯作者。
压电材料具有压电效应，其声学特性（阻抗）可由外接电路控制。图（a）为压电片（PZT4）的示意图，它的两个电极（绿色）由外接电容
连通。压电片沿轴向（z方向）的阻抗Zeff可通过电容调节（图（b））。当电容为负时，阻抗具有较大的可调范围。负电容可通过负反馈电路实现（图（c））。可调梯度阻抗匹配层（TGIML）由八个这样的压电片叠加形成（图（d）和图（e））。通过调节每个压电片的电容，可得到任意的阻抗梯度，因此可用于不同的阻抗失配系统。文章将该匹配层用于两种阻抗失配系统，均表现出了很好的声增透效果。一种由不锈钢（SS）和有机玻璃（PMMA）构成，加入匹配层后的透射增强因子（无匹配层时的透射因子为1）为图（f）所示；另一种由不锈钢和铝构成，透射增强因子为图（g）所示。
（a）带有分流电路的压电片，两个电极由电容连通。（b）压电片阻抗Zeff随的变化。（c）负电容的实现。（d）和（e）分别为阻抗失配系统插入可调梯度阻抗匹配层后的示意图和实验照片。（f）和（g）分别为两种不同的阻抗失配系统插入可调梯度阻抗匹配层后的声透射增强因子（用无匹配层时的透射做归一化处理）。Open Circuit表示电路断开，此时匹配层的阻抗不可调。Shunted Circuit表示电路连通，此时匹配层的阻抗可用电容调节。
该工作得到了国家自然科学基金（11964011，11874383，11764016）、湖南省自然科学基金（2018JJ3412）、中国科学院青年创新促进会（2017029）、中国科学院声学研究所青年英才计划（QNYC201719）和北京市环境噪声与振动重点实验基金（H195）的支持。吴吉恩2018年获吉首大学优秀硕士学位论文并被推荐参评2020年湖南省优秀硕士学位论文，现攻读华南理工大学博士学位。
[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
