[發(fā)明專(zhuān)利]一種光致超聲薄膜及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710605677.1
• 申請(qǐng)日: 2017-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107474267A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱本鵬;李家普;吳越;申明柯;歐陽(yáng)君;楊曉非
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08J5/18
• 分類(lèi)號(hào): C08J5/18;C08L79/08;C08L83/04;C08L75/08;C08K9/00;C08K3/02
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心42201
• 代理人: 廖盈春,李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光致超聲薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

憑借安全便捷、價(jià)格低廉、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，醫(yī)學(xué)超聲在臨床疾病診斷與治療中一直發(fā)揮著重要作用。作為超聲產(chǎn)生與接收的關(guān)鍵部件，超聲換能器一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)超聲換能器是電驅(qū)動(dòng)器件，依靠材料的壓電與逆壓電特性，實(shí)現(xiàn)“電”與“聲”之間的能量和信息的交互。隨著人們對(duì)光致超聲效應(yīng)的認(rèn)識(shí)與研究逐漸深入，光致超聲薄膜的概念被提出。光致超聲薄膜屬于光驅(qū)動(dòng)器件，依靠脈沖激光照射光致超聲材料產(chǎn)生超聲信號(hào)，結(jié)合光纖技術(shù)可接收與解讀超聲回波信號(hào)。就成像而言，與傳統(tǒng)壓電型器件相比，光致超聲薄膜單元尺寸易小于100μm而且每個(gè)單元間沒(méi)有串?dāng)_的影響，也不用考慮電連接問(wèn)題，因此其在內(nèi)窺式超聲成像、特別是在高密度陣列研制方面具有很大的優(yōu)勢(shì)；從治療上看，同壓電型器件相比，光致超聲薄膜體積小、頻率高、聚焦更精準(zhǔn)，而且不存在加載高電壓的安全顧慮，所以其在內(nèi)窺式超聲治療方面具有更廣闊的前景，現(xiàn)使用的材料有碳納米管、碳納米纖維和炭黑等。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種光致超聲薄膜及其制備方法，其目的在于解決現(xiàn)有光致超聲薄膜由于采用無(wú)機(jī)碳材料制備而導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率低的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種光致超聲薄膜的制備方法，包括如下步驟：

配制黑磷溶液和有機(jī)聚合物溶液；其中，黑磷溶液中黑磷顆粒粒徑在納米等級(jí)；

將黑磷溶液和有機(jī)聚合物溶液混合后獲得第一混合溶液，對(duì)第一混合溶液進(jìn)行成膜處理，獲得光致超聲薄膜；位于納米等級(jí)的黑磷顆粒光吸收系數(shù)高，且熱傳遞能力高，進(jìn)而使得光致超聲薄膜的光聲轉(zhuǎn)化效率高。

優(yōu)選地，配制黑磷溶液包括如下步驟：

將黑磷粉末與有機(jī)溶劑采用超聲水浴方法混合獲得第二混合溶液；

對(duì)第二混合溶液進(jìn)行離心處理獲得黑磷溶液，其中，離心機(jī)轉(zhuǎn)速大于等于10000r/min。

采用超聲水浴方法制備第二混合溶液，并對(duì)第二混合溶液以大于等于10000r/min的速率進(jìn)行離心處理，可以獲得黑磷顆粒粒徑更小的黑磷溶液，進(jìn)而提高光致超聲薄膜的光聲轉(zhuǎn)化效率。

優(yōu)選地，黑磷溶液中黑磷直徑小于10nm。

優(yōu)選地，配制有機(jī)聚合物溶液包括如下步驟：

將雙馬來(lái)酰亞胺與環(huán)戊酮采用超聲水浴方法混合獲得第三混合溶液；

將第三混合溶液和二糠基甲醚采用超聲水浴方法混合獲得有機(jī)聚合物溶液，由有機(jī)聚合物溶液制備的光致超聲薄膜具有自修復(fù)功能。

優(yōu)選地，在第一混合溶液中加入聚二甲基硅氧烷獲得第四混合溶液，并對(duì)第四混合溶液進(jìn)行成膜處理獲得光致超聲薄膜。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種利用上述制備方法制備的光致超聲薄膜。

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

1、本發(fā)明提供的光致超聲薄膜的制備方法，將黑磷進(jìn)行納米化處理獲得黑磷溶液，將黑磷溶液和有機(jī)聚合物溶液混合并進(jìn)行成膜處理，獲得光致超聲薄膜。獲得的光致超聲薄膜中均勻分布有黑磷納米顆粒，黑磷納米顆粒光熱效果更好，黑磷納米顆粒具有大的光吸收系數(shù)14.8Lg^-1cm^-1是石墨烯材料的4倍，具有高的光熱轉(zhuǎn)換效率28％，同時(shí)能夠更快的將熱傳遞至周?chē)挠袡C(jī)聚合物，當(dāng)激光作用于光致超聲薄膜時(shí)，黑磷納米顆粒將光能以高轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化為熱能，有機(jī)聚合物通過(guò)吸收黑磷納米顆粒發(fā)射的熱能使其膨脹，當(dāng)激光停止作用時(shí)，光致超聲薄膜收縮，從而引起薄膜外形產(chǎn)生周期性的伸縮作用產(chǎn)生超聲波，且光聲轉(zhuǎn)化效率高。

2、采用雙馬來(lái)酰亞胺、環(huán)戊酮和二糠基甲醚制備有機(jī)聚合物溶液，使得由該有機(jī)聚合物溶液制備的光致超聲薄膜中形成可逆的共價(jià)鍵，使得光致超聲薄膜具有自修復(fù)功能，即當(dāng)薄膜存在裂縫等外形受損時(shí)，通過(guò)外界條件刺激會(huì)自動(dòng)修復(fù)薄膜外形使其復(fù)原。

3、由于聚二甲基硅氧烷具有較高的熱膨脹系數(shù)，有助于提高光致超聲薄膜的伸縮形變，從而提高光致超聲換薄膜光聲轉(zhuǎn)化的效率。

4、本發(fā)明提供的光致超聲薄膜制備方法工藝流程簡(jiǎn)單易用，大大減少了生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的光致超聲薄膜制備方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明制備的光致超聲薄膜在脈沖激光(激光強(qiáng)度50mJ)作用下測(cè)試的聲壓結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式