一种光声复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种光声复合材料

【技术实现步骤摘要】
一种光声复合材料、自收发超声波换能器及制备方法


[0001]本专利技术涉及超声波换能器
，具体涉及一种光声复合材料
、
自收发超声波换能器及制备方法
。

技术介绍

[0002]在全光超声检测应用中，超声波的激发和接收一般采用光学器件来实现
。
通过激光脉冲辐照检测对象，使介质膨胀而产生超声波，然后利用光学传感器来检测声波，从而实现对介质的测量和成像
。
由于光纤具有质量轻
、
体积小
、
灵敏度高
、
抗电磁干扰和灵活易装配等优点，因此全光纤超声检测技术在生物医学
、
材料科学
、
化学等领域得到广泛应用
。
[0003]分离式超声激发与接收是实现全光纤超声检测的常见方式，即激发端采用光纤激光，接收端采用光纤传感器采集，二者通过机械设备固定并完成扫描检测
。
由于激发与接收分离式方法集成度低，在扫描位移过程中易出现偏差，稳定性不足，受环境影响较大
。
因此，将光纤激发与光纤接收合并，制作自发自收型超声换能器是近些年光学超声检测的新趋势
。
[0004]然而，光纤极小的芯径大大限制了激光激励效率及超声传感灵敏度，因此，目前自发自收型光纤超声换能器普遍使用透镜
、
套管等封装设备，以提高激发效率及检测灵敏度，由此仍存在集成度低
、
体积较大等问题
。
[0005]现有技术1：
Jiasheng Zhou
等人
(Optics Letters 2021
，
10.1364/OL.444889)
提出了一种用于光声遥感显微成像的微型探针，主要由单模光纤和梯度折射率
GRIN
透镜组成
。
采用重复频率为
1kHz
的脉冲激光器为光声激发源，传感光束由
1310nm
连续激光器提供，激发光与传感光均注入单模光纤，而后被光纤末端的
GRIN
透镜聚焦在样品上
。
该微型探针中，透镜的使用导致探针体积增大，利用单模光纤激发使得有效激发面积不足，且单模光纤传感灵敏度较低
。
[0006]现有技术2：
RICHARD J.COLCHESTER
等人
(Biomedical Optics Express2022
，
10.1364/BOE.459486)
提出了基于方形毛细管的侧视全光超声换能器，将对芯拼接的双包层光纤与细径单模光纤插入方形毛细管，双包层光纤提供用于产生超声的多模光和用于接收超声的单模光
。
多模光在拼接处被解耦，并被引导到方形毛细管侧壁，激励管壁换能材料而产生超声波；单模光被引导到单模光纤的远端平凹微腔，用于超声接收
。
该侧视全光超声换能器，采用方形玻璃毛细管作为激励平面，增大了换能器体积，且毛细管末端填充胶水作为激励光反射面，整体结构一致性及稳定性不足
。
[0007]因此，有必要提供一种可实现体积小巧
、
结构紧凑
、
高灵敏度
、
高分辨率的全光纤自收发超声波换能器，用以解决现有收发超声波换能器存在的集成度低
、
体积大
、
声激发效率及接收灵敏度不足等问题
。

技术实现思路

[0008]为了解决现有收发超声波换能器存在的集成度低
、
体积大
、
声激发效率及接收灵
敏度不足等问题，本专利技术的目的在于提供一种可实现体积小巧
、
结构紧凑
、
高灵敏度
、
高分辨率的全光纤自收发超声波换能器，该自收发超声波换能器具有良好的重复性和稳定性，可应用于生物医学
、
材料科学
、
化学等领域超声检测及成像
。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下
。
[0010]本专利技术的第一方面提供一种光声复合材料，是由自修复聚合物胶体材料与光热材料混合而成，所述光热材料为
V2C(
碳化钒
)
；所述自修复聚合物胶体材料与所述光热材料的质量比为
1:1
～
2。
[0011]本专利技术的一些优选实施方式中，所述自修复聚合物胶体材料与所述光热材料的质量比为
1:1
～
1.5。
进一步优选的，所述自修复聚合物胶体材料与所述光热材料的质量比为
1:1.2
～
1.5。
[0012]本专利技术的一些实施方式中，所述自修复聚合物胶体材料为自修复
PDMS(
聚二甲基硅氧烷
)。
由自修复
PDMS
和
V2C
融合而成的光声复合材料，且应用于制备自收发超声波换能器，在气泡表面涂覆光声复合材料
(
自修复
PDMS
‑
V2C)
，可有效增加超声激励效率，且利用涂敷后的高反射信号光，可进一步提高超声接收的灵敏度
。
[0013]本专利技术的第二方面提供一种自收发超声波换能器，包括空芯光纤
、
双包层光纤和细径光纤；
[0014]空芯光纤，其一端膨胀形成空芯光纤气泡；
[0015]细径光纤，配置在所述空芯光纤气泡内；
[0016]双包层光纤，其一端与所述细径光纤的一端对芯拼接；
[0017]随着所述细径光纤朝向所述空芯光纤气泡移动，所述细径光纤与所述空芯光纤气泡之间构建形成
FP
微腔，用于超声接收；
[0018]所述空芯光纤气泡表面具有一层自修复光声复合层，用于超声激发；
[0019]所述自修复光声复合层是由本专利技术的第一方面所述的光声复合材料涂覆在所述空芯光纤气泡表面，经加热固化而成
。
[0020]本专利技术的一些实施方式中，沿所述细径光纤的轴向方向，所述细径光纤的端部与所述空芯光纤气泡之间的距离为
105
～
129
μ
m。
其中，细径光纤与空芯光纤气泡之间设置不同距离以得到较好的干涉光谱
。
细径光纤的端部与所述空芯光纤气泡之间的距离通过干涉光谱对比确定
。
[0021]本专利技术的一些优选实施方式中，所述细径光纤的长度小于所述空芯光纤气泡的气泡弦长
。
[0022]本专利技术的一些优选实施方式中，所述空芯光纤气泡的气泡弦长为
314
～
415
μ
m
；所述细径光纤的长度为
302
～
380
μ
m。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种光声复合材料，其特征在于，是由自修复聚合物胶体材料与光热材料混合而成，所述光热材料为
V2C
；所述自修复聚合物胶体材料与所述光热材料的质量比为
1:1
～
2。2.
根据权利要求1所述的光声复合材料，其特征在于，所述自修复聚合物胶体材料为自修复
PDMS。3.
一种自收发超声波换能器，其特征在于，包括空芯光纤
(3)、
双包层光纤
(1)
和细径光纤
(2)
；空芯光纤
(3)
，其一端膨胀形成空芯光纤气泡
(31)
；细径光纤
(2)
，配置在所述空芯光纤气泡
(31)
内；双包层光纤
(1)
，其一端与所述细径光纤
(2)
的一端对芯拼接；随着所述细径光纤
(2)
朝向所述空芯光纤气泡
(31)
移动，所述细径光纤
(2)
与所述空芯光纤气泡
(31)
之间构建形成
FP
微腔，用于超声接收；所述空芯光纤气泡
(31)
表面具有一层自修复光声复合层
(4)
，用于超声激发；所述自修复光声复合层
(4)
是由权利要求1或2所述的光声复合材料涂覆在所述空芯光纤气泡表面，经加热固化而成
。4.
根据权利要求3所述的自收发超声波换能器，其特征在于，沿所述细径光纤
(2)
的轴向方向，所述细径光纤
(2)
的端部与所述空芯光纤气泡
(31)
之间的距离为
105
～
129
μ
m。5.
根据权利要求4所述的自收发超声波换能器，其特征在于，所述细径光纤
(2)
的长度小于所述空芯光纤气泡
(31)
的气泡弦长

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志华，余凯燕，乔学光，周旷羽，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：