高频换能器匹配层的制备和特性研究

论文摘要

高频医学超声换能器能够提供高的成像分辨率,为许多疾病的诊断、治疗和监测带来方便。适合高频换能器使用的匹配层也一直是人们研究的热点。换能器匹配层的作用在于匹配换能器压电材料和人体组织之间的声阻抗差异,使换能器的声波能量利用率得到提高,性能得到改善。为了满足声阻抗匹配的要求,匹配层一般都是用复合材料来制备。复合材料中的颗粒一般具有较高的阻抗值而聚合物一般具有较低的阻抗值,因此匹配层的声阻抗就可以简单的利用改变其成分比例来达到阻抗匹配的要求。在本文中,我们利用环氧树脂和纳米钨粉为材料制备了适合高频换能器使用的匹配层,并利用超声波频谱法对样品的声速做了测量,进一步得到了样品声阻抗的变化规律。结果表明样品密度随钨粉体积分数的增加而线性增加,声速随着钨粉体积分数的增加而单调下降;样品声阻抗值随着钨粉体积分数的增加而线性上升。当钨粉体积分数从0增加到15%时,样品声阻抗值从3.065MRayl增加到了5.609MRayl。高温退火可以进一步提升样品的声阻抗值,最高时可以达到6.693MRayl。我们使用偶联剂Z6040有效的分散了样品中的纳米钨粉,并分别使用了刮刀法和旋涂法完成了样品的制备。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪 论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.1.1 医学超声换能器的发展及应用
• 1.1.2 超声换能器的匹配层
• 1.2 匹配层的国内外研究现状及分析
• 1.3 匹配层的声学特性要求
• 1.3.1 匹配层的声阻抗
• 1.3.2 匹配层的厚度
• 1.3.3 匹配层的材料和设计制备
• 1.4 匹配层的作用
• 1.5 纳米粉体的分散技术
• 1.5.1 物理法分散纳米粉体
• 1.5.2 化学法分散纳米粉体
• 1.6 介质声速的测量
• 1.7 本文的主要研究内容
• 第2章 声阻抗测试方法
• 2.1 介质的特性声阻抗的引入
• 2.2 常用的声速测量方法
• 2.2.1 脉冲回波法和共振法
• 2.2.2 传统的超声波频谱法
• 2.2.3 新的超声波频谱法
• 2.3 本章小结
• 第3章 刮刀法制备匹配层及声阻抗测试结果
• 3.1 引言
• 3.2 匹配层样品的制备
• 3.3 匹配层样品的断面形貌分析
• 3.4 匹配层样品声阻抗的测试
• 3.4.1 样品密度和厚度的测定
• 3.4.2 样品声速的测定
• 3.5 样品测试结果分析
• 3.6 匹配层样品的高温退火处理
• 3.6.1 退火处理测试结果分析
• 3.7 匹配层样品的特点
• 3.8 本章小结
• 第4章 旋涂法制备匹配层及声阻抗测试结果
• 4.1 引言
• 4.2 匹配层样品的制备
• 4.3 匹配层样品的断面形貌分析
• 4.4 匹配层样品的声阻抗测试
• 4.4.1 样品密度和厚度的测定
• 4.4.2 样品声速的测定
• 4.5 样品测试结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢