The invention belongs to the field of composite nano-film and transducer, in particular to a preparation method of lead-free piezoelectric composite film ultrasonic transducer based on graphene doping. The traditional lead based ultrasonic transducer solves the technical problems of polluting the environment and narrowing the output frequency band. The invention combines the piezoelectric nano lead-free material, poly (two methyl siloxane) (PDMS) and graphene materials to prepare a flexible lead-free piezoelectric thin film ultrasonic transducer with uniform particle distribution. The invention not only has the flexibility of the PDMS, but also has the performance of the frequency bandwidth of the traditional single lead-free piezoelectric ultrasonic transducer. It has a good application prospect in the preparation of lead-free composite film ultrasonic transducer. The lead-free composite piezoelectric film ultrasonic transducer has the advantages of simple preparation process, short period, low cost, no pollution and good flexibility, and the piezoelectric performance of the ultrasonic transducer is enhanced and the output band is wide after the doping of graphene.
【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯掺杂的无铅压电复合薄膜超声换能器的制备方法
本专利技术属于复合纳米薄膜及换能器领域,具体是一种基于石墨烯掺杂的无铅压电复合薄膜超声换能器的制备方法。
技术介绍
光声成像技术是近年发展起来的一种典型的非侵入、无辐射、高精度成像技术,其在关节炎和乳腺癌等疾病早期诊断领域具有广阔的应用前景。其中,超声换能器作为超声信号探测装置,是医学光声成像系统中的关键部件。因此,高频宽带超声换能器引起了国内外研究者的广泛关注。Manh课题组等人设计了一个柔性的PZT基超声换能器,其中心频率为5MHz,性能稳定。Zhu课题组等人提出了一种PMN-PT基的内窥镜超声传感器阵列,其中心频率为5MHz,-6dB带宽可达到88%。目前所研究的超声换能器的频率和带宽等性能都良好稳定。然而,这些超声换能器所采用的都是含铅材料,而铅是一种严重的神经毒素,一旦被人体吸入便不易排出,对身体的危害极大。尤其在医用超声换能器材料的选择上,应使用无铅压电材料。近几年,环境友好型无铅高频宽带超声换能器引起了国内外研究者的广泛关注。专利号为CN103240220A的中国专利提出了一种基于AlN的无铅压电式超声换能器,换能器性能稳定,封装方便。Zhou等人设计了一种基于ZnO压电薄膜的自聚焦超声换能器,中心频率为200MHz,带宽大约28%。然而,上述无铅压电薄膜超声换能器在性能方面都远远不及铅基换能器的性能。因此,设计一种基于无铅压电复合材料的高效率、宽频带超声换能器具有非常重要的研究意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术针对传统铅基超声换能器污染环境、输出频带较窄等问题,提出了一种基于石墨烯掺 ...
【技术保护点】
1.基于石墨烯掺杂的无铅压电复合薄膜超声换能器的制备方法,其特征在于:(1)将压电纳米无铅材料与聚二甲基硅氧烷按质量比0.1~7:10混合,然后再加入石墨烯材料,所述聚二甲基硅氧烷与石墨烯材料的质量比为1~6:200;对上述混合物搅拌1‑1.5小时,获得均匀分散的纳米压电复合溶剂;(2)将硅片吸在甩胶机上,用滴管将所得纳米压电复合溶剂滴在硅片上,甩胶机转速设置500‑2000 r/min,旋转30‑40 s后将甩好薄膜的硅片取下放在培养皿中,再将培养皿放在真空干燥箱中,抽真空后取出培养皿,将硅片上的薄膜揭下来,获得均匀的石墨烯纳米复合压电薄膜;(3)对石墨烯纳米复合压电薄膜施加2000‑3000 V的高压极化15‑20个小时,使压电薄膜中颗粒的电畴沿电场方向整齐排列,得到具有最佳压电性能的无铅纳米复合换能器;(4)将纳米复合换能器两侧分别焊接上电极,并用PET进行封装,即可得到基于石墨烯掺杂的无铅压电复合薄膜超声换能器。
【技术特征摘要】
1.基于石墨烯掺杂的无铅压电复合薄膜超声换能器的制备方法,其特征在于:(1)将压电纳米无铅材料与聚二甲基硅氧烷按质量比0.1~7:10混合,然后再加入石墨烯材料,所述聚二甲基硅氧烷与石墨烯材料的质量比为1~6:200;对上述混合物搅拌1-1.5小时,获得均匀分散的纳米压电复合溶剂;(2)将硅片吸在甩胶机上,用滴管将所得纳米压电复合溶剂滴在硅片上,甩胶机转速设置500-2000r/min,旋转30-40s后将甩好薄膜的硅片取下放在培养皿中,再将培养皿放在真空干燥箱中,抽真空后取出培养皿,将硅片上的薄膜揭下来,获得均匀的石墨烯纳米复合压电薄膜;(3)对石墨烯纳米复合压电薄膜施加2000-3000V的高压极化15-20个小时,使压电薄膜中颗粒的电畴沿电场方向整齐排列,得到具有最佳压电性能的无铅纳米复合换能器;(4)将纳米复合...
【专利技术属性】
技术研发人员:罗翠线,李朋伟,苏晓晓,胡杰,李刚,蒋华北,张文栋,
申请(专利权)人:太原理工大学,
类型:发明
国别省市:山西,14
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