一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器制造技术

本发明专利技术涉及一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，包括：薄膜压电微纳阵列、声学软质超凝胶材料层、声透镜和三个匹配层；三个匹配层分别为第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；薄膜压电微纳阵列用于发射超声波或接收待测物体反射的超声波；第一匹配层、声透镜、第二匹配层、声学软质超凝胶材料层和第三匹配层沿超声波的发射方向依次设置在薄膜压电微纳阵列的一侧；声学软质超凝胶材料层选用声学软质超凝胶材料，所述声学软质超凝胶材料具有与颅骨等效质量密度和等效体积模量数值相等、正负相反的互补特性，用于实现薄膜压电微纳阵列与颅骨之间的阻抗匹配。通过使用声学软质超凝胶材料层实现了超声换能器的无创穿颅超声成像。料层实现了超声换能器的无创穿颅超声成像。料层实现了超声换能器的无创穿颅超声成像。

【技术实现步骤摘要】
一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器


[0001]本专利技术涉及超声检测及超声成像
，特别是涉及一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器。

技术介绍

[0002]对于穿颅成像，现有技术如核磁共振成像和计算机断层扫描成像，这些方法在临床上使用较多，但无法实现实时成像，同时对人体具有一定的辐射安全隐患。目前也有采用近红外光学方法尝试穿颅成像，但由于颅骨对光具有强烈的散射或者吸收作用，一般需要在颅骨较为薄弱的地方检测，或者打磨/去除颅骨，很难做到无创检测。
[0003]超声技术具有可实时成像、无创、无损、无电离辐射的优点，目前已在颅脑疾病诊断中进行应用，例如经颅超声多普勒，利用颅骨薄弱部位为检查声窗，应用多普勒效应研究脑底动脉血流动力学。但由于颅骨与背景声学阻抗的不匹配，会造成超声信号的大量吸收与反射，运用于超声成像时成像的分辨率较低，无法获取有利于诊断的信息。所以如何设计一种可以无创穿颅超声成像的超声换能器成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，以实现超声换能器的无创穿颅超声成像。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，所述超声换能器包括：薄膜压电微纳阵列、声学软质超凝胶材料层、声透镜和三个匹配层；
[0007]三个匹配层分别为第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；
[0008]所述薄膜压电微纳阵列用于发射超声波或接收待测物体反射的超声波；
[0009]所述第一匹配层、所述声透镜、所述第二匹配层、所述声学软质超凝胶材料层和所述第三匹配层沿超声波的发射方向依次设置在所述薄膜压电微纳阵列的一侧；
[0010]所述声学软质超凝胶材料层选用声学软质超凝胶材料，所述声学软质超凝胶材料具有与颅骨等效质量密度和等效体积模量数值相等、正负相反的互补特性，所述声学软质超凝胶材料层用于实现所述薄膜压电微纳阵列与颅骨之间的阻抗匹配。
[0011]可选地，所述薄膜压电微纳阵列由下至上依次设置基底层、弹性层、底电极、压电层和顶电极；
[0012]所述压电层的一侧与所述顶电极连接，所述压电层的另一侧与所述底电极连接；
[0013]当所述薄膜压电微纳阵列用于发射超声波时，所述压电层用于在交流电的作用下起振，将起振信号通过所述弹性层传递给所述基底层的空腔，所述空腔用于将所述振动信号转换成超声波；
[0014]当所述薄膜压电微纳阵列用于接收超声波时，所述空腔用于将超声波转换为振动信号，所述振动信号通过弹性层传递给所述压电层，所述压电层用于将所述振动信号转换
为电信号。
[0015]可选地，所述薄膜压电微纳阵列的直径为400～800μm；
[0016]所述基底层的厚度为200～300μm；
[0017]所述底电极的厚度为0.1～0.3μm；
[0018]所述顶电极的厚度为0.1～0.3μm；
[0019]所述弹性层的厚度为1～10μm；
[0020]所述压电层的厚度为1～10μm。
[0021]可选地，所述压电层为压电材料，所述压电材料为铌酸锂、氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅和聚偏二氟乙烯中的一种。
[0022]可选地，所述超声换能器还包括：线缆；
[0023]所述线缆与所述薄膜压电微纳阵列连接，用于为所述压电层提供驱动电压信号。
[0024]可选地，所述声学软质超凝胶材料层包括聚合物基微泡结构和软质凝胶；
[0025]所述聚合物基微泡结构包括聚合物材料的壳体和壳体内填充的气体；
[0026]所述软质凝胶包裹着多个聚合物基微泡结构。
[0027]可选地，所述超声换能器还包括：背衬层；
[0028]所述背衬层设置在所述薄膜压电微纳阵列的另一侧，所述背衬层与所述薄膜压电微纳阵列通过环氧树脂连接，用于衰减或吸收所述薄膜压电微纳阵列背向辐射的超声波。
[0029]可选地，所述超声换能器还包括：外壳；
[0030]所述背衬层、所述薄膜压电微纳阵列、所述声学软质超凝胶材料层、所述声透镜和三个匹配层设置在所述外壳内。
[0031]一种薄膜压电微纳阵列的制备方法，所述方法包括：
[0032]在基底层上溅射沉积弹性层，在弹性层上溅射沉积底电极，在底电极上溅射沉积压电层，在压电层上溅射沉积顶电极；
[0033]在所述基底层内部蚀刻空腔。
[0034]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0035]本专利技术提供了一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，所述超声换能器包括：薄膜压电微纳阵列、声学软质超凝胶材料层、声透镜和三个匹配层；三个匹配层分别为第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；所述薄膜压电微纳阵列用于产生出射超声波或接收所述出射超声波照射到待测物体后产生的反射超声波；所述第一匹配层、所述声透镜、所述第二匹配层、所述声学软质超凝胶材料层和所述第三匹配层依次设置在所述薄膜压电微纳阵列一侧的出射超声波的出射方向；所述声学软质超凝胶材料层选用声学软质超凝胶材料，所述声学软质超凝胶材料具有与颅骨等效质量密度和等效体积模量数值相等、正负相反的互补特性，所述声学软质超凝胶材料层用于实现所述薄膜压电微纳阵列与颅骨之间的阻抗匹配。通过使用声学软质超凝胶材料使本专利技术提供的超声换能器可以与颅骨进行声阻抗匹配，从而实现超声换能器的无创穿颅超声成像。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本专利技术提供的一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器的结构示意图；
[0038]图2为本专利技术提供的一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器的薄膜压电微纳阵列的结构示意图。
[0039]符号说明：
[0040]1—薄膜压电微纳阵列，2—声透镜，3—匹配层，4—声学软质超凝胶材料层，5—背衬层，6—外壳，7—线缆，1.1—基底层，1.2—弹性层，1.3—底电极，1.4—压电层，1.5—顶电极，1.6—空腔。
具体实施方式
[0041]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0042]本专利技术的目的是提供一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，以实现超声换能器的无创穿颅超声成像。
[0043]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0044]一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述超声换能器包括：薄膜压电微纳阵列、声学软质超凝胶材料层、声透镜和三个匹配层；三个匹配层分别为第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；所述薄膜压电微纳阵列用于发射超声波或接收待测物体反射的超声波；所述第一匹配层、所述声透镜、所述第二匹配层、所述声学软质超凝胶材料层和所述第三匹配层沿超声波的发射方向依次设置在所述薄膜压电微纳阵列的一侧；所述声学软质超凝胶材料层选用声学软质超凝胶材料，所述声学软质超凝胶材料具有与颅骨等效质量密度和等效体积模量数值相等、正负相反的互补特性，所述声学软质超凝胶材料层用于实现所述薄膜压电微纳阵列与颅骨之间的阻抗匹配。2.根据权利要求1所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述薄膜压电微纳阵列由下至上依次设置基底层、弹性层、底电极、压电层和顶电极；所述压电层的一侧与所述顶电极连接，所述压电层的另一侧与所述底电极连接；当所述薄膜压电微纳阵列用于发射超声波时，所述压电层用于在交流电的作用下起振，将起振信号通过所述弹性层传递给所述基底层的空腔，所述空腔用于将所述振动信号转换成超声波；当所述薄膜压电微纳阵列用于接收超声波时，所述空腔用于将超声波转换为振动信号，所述振动信号通过弹性层传递给所述压电层，所述压电层用于将所述振动信号转换为电信号。3.根据权利要求2所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述薄膜压电微纳阵列的直径为400～800μm；所述基底层的厚度为200～300μm；所述底电极的厚度为0.1～0.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑音飞，杨雨茗，段会龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：