《耳蝸腔與壓電薄膜助聽器件的流-固耦合特徵與模型》是依託清華大學，由羅川擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：耳蝸腔與壓電薄膜助聽器件的流-固耦合特徵與模型
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：羅川
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
混合植入式助聽器和全植入人工耳蝸是當前聽力康復領域的熱點方向，基於壓電薄膜的微機電系統（MEMS）是它們在內耳產生音波或拾取音波的重要器件。而狹小的耳蝸腔與其中的淋巴液對薄膜型器件的影響至今沒有系統的研究與結論，本項目計畫通過實驗測量與建模結合的方式針對產生影響的關鍵因素及作用機理進行研究。具體內容包括：第一、搭建壓電薄膜器件的液體測試環境，並對液體中的頻率回響曲線進行測量。第二、由基本的流體動力學方程組出發，綜合考慮器件的工作原理、結構參數、材料性能等因素，提出符實際情況的基本假設和邊界條件，對方程組進行簡化。第三、用有限元方法對模型進行數值求解。最後，通過實驗結果對模型的基本假設和邊界條件進行驗證和完善，建立能對耳蝸環境產生的影響做出準確預測的模型。本項目的成果將為後續面向真實耳蝸腔淋巴液環境的微型可植入壓電薄膜助聽器件的研究和最佳化設計建立基礎平台和參考依據，具有重要的科學和實際意義。
結題摘要
混合植入式助聽器和全植入人工耳蝸是當前聽力康復領域的熱點方向，基於壓電薄膜的微機電系統（MEMS）是它們在內耳產生音波或拾取音波的重要器件，而狹小的耳蝸腔與其中的淋巴液對薄膜型器件性能具有重要的影響。本項目通過數值仿真與實驗相結合的方法研究發現，這種耦合效應可以被分為附加質量和附加阻尼兩種類型。其中附加質量將使薄膜的諧振頻率的下降至空氣中的25%；產生附加質量的液體範圍在薄膜法向方向約為薄膜厚度的300倍，不同液體環境的邊界條件將改變附加質量與液面高度的關係，而附加質量與薄膜的振動頻率和振幅均沒有關係。附加阻尼的效果與壓電薄膜的振動頻率相關而與振動幅度無關。附加質量與附加阻尼均隨著壓電薄膜與固體邊界之間間距的減小而顯著增加，本項目研究得到的數值模型對於壓電薄膜品質因數的預測誤差在間距大於30微米的情況下小於15%。此外本項目還對壓電薄膜以及耳蝸內的微電極陣列的加工工藝進行了研究，並對微電極陣列的刺激解析度進行了最佳化設計。本項目所取得的成果為微型可植入聲電混合助聽器件的研究和最佳化設計建立了基礎平台和參考依據，具有重要的科學和實際意義。
