《高頻超聲換能器新型聲阻抗匹配層設計與套用研究》是依託西安電子科技大學，由費春龍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高頻超聲換能器新型聲阻抗匹配層設計與套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：費春龍
- 依託單位：西安電子科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高頻超聲在超聲診斷，微粒操縱及細胞激勵等諸多領域具有廣闊的套用前景，而實現壓電陣元與傳導介質間聲阻抗匹配是製備具有高靈敏度及空間解析度超聲換能器的一項關鍵技術。傳統的聲阻抗匹配層設計要求匹配層同時具有特定的聲阻抗和精準的厚度，在高頻換能器製備中，很難同時滿足，匹配效果將受到很大限制。基於前期研究基礎，本項目擬開展新型金屬-聚合物層間複合聲阻抗匹配層設計、製備及套用的研究，包括：最佳化Mass-spring和Microwave matching network理論；以等效電路及有限元模型研究超聲信號傳輸及聲場分布，定量分析信號傳輸效率與匹配層材料微觀結構，力學、電學性能等參數的關係；研究各層材料兼容性等影響換能器穩定性及可靠性的有關因素，探討高效率、低成本新型聲阻抗匹配層的製備工藝。研究成果對於深入理解超聲換能器信號傳輸規律，開發新型的聲阻抗匹配層設計與套用技術，具有重要的科學意義和套用價值。
結題摘要
高頻超聲在超聲診斷，顆粒操縱及無損檢測等諸多領域具有廣闊的套用前景，而實現壓電陣元與傳導介質間聲阻抗匹配是製備具有高靈敏度及高空間解析度超聲換能器的一項關鍵技術。本項目對新型金屬-聚合物層間複合聲阻抗匹配層設計、製備及其在高頻超聲換能器上的套用進行了系統的研究。研究內容包括：最佳化Mass-spring和Microwave matching network理論；以等效電路及有限元模型研究超聲信號傳輸及聲場分布，定量分析信號傳輸效率與匹配層材料微觀結構，力學、電學性能等參數的關係；研究各層材料兼容性等影響換能器穩定性及可靠性的有關因素，探討高效率、低成本新型聲阻抗匹配層的製備工藝。項目主要成果有：推導並最佳化了金屬-聚合物層間複合聲阻抗匹配層理論模型，完善理論模型在模擬具體匹配材料諧振頻率及等效聲阻抗的近似處理；建立了傳輸性能與匹配層力學、電學性能間普遍關係，利用等效電路及有限元分析，定量研究不同金屬、聚合物材料電學、力學特性對匹配效果的影響，探討了雙層及多層匹配層設計在超聲換能器聲阻抗匹配中的套用。研究了材料兼容性，探索高效率、低成本匹配層製備工藝，實驗研製了具備新型聲阻抗匹配層的高頻超聲換能器，實驗驗證了匹配層設計理論結果。最終實驗製備中心頻率100 MHz的超聲換能器，通過施加新型金屬-聚合物聲阻抗匹配層，超聲換能器幅值提高三倍，-6 dB頻寬從36.89 %提升至86.6 %。為開發高靈敏度、高解析度的高頻超聲換能器提供了新思路和理論依據。研究成果對於深入理解超聲換能器信號傳輸規律，開發新型的聲阻抗匹配層設計與套用技術，提高超聲換能器成像質量，具有重要的科學意義和套用價值。
