[發明專利]透明壓電薄膜、超聲換能器及其制備方法

有效

• 申請號: 202310310772.4
• 申請日: 2023-03-22
• 公開（公告）號: CN116023705B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 任丹陽;尹永剛;施鈞輝;陳睿黽;李馳野;王鈺琪;高大
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: C08J9/40
• 分類號: C08J9/40;C08J9/42;C08J9/00;C08J9/36;C08J5/18;C08L1/28;C08K5/21;C08K5/07;A61B8/00
• 代理公司: 杭州華進聯浙知識產權代理有限公司 33250
• 代理人: 盛影影

本發明涉及透明壓電薄膜、超聲換能器及其制備方法。其中，透明壓電薄膜，所述透明壓電薄膜包括多孔纖維素基聚合物以及負載于所述多孔纖維素基聚合物的孔隙中的復合異質結顆粒、有機壓電相和導電相；其中，所述多孔纖維素基聚合物與所述有機壓電相以化學鍵結合，所述復合異質結顆粒為導電顆粒與透明無機壓電相顆粒之間形成的化學異質結。本發明的透明壓電薄膜可同時具備優異的可拉伸、透明、壓電性能以及聲阻抗較低的特點，使其可直接用于超聲換能器的制備，無需彈性基底。

技術領域

本發明涉及壓電材料技術領域，特別是涉及透明壓電薄膜、超聲換能器及其制備方法。

背景技術

光聲成像中，傳統的非透明超聲換能器會遮擋部分激光，影響照射至組織的激光的傳輸，從而影響其激發出的超聲信號，進而影響最終的成像質量。同時，傳統的超聲換能器多為剛性超聲換能器，不利于將其用于顱腦、乳房等非平面組織的測量，因而使用單陣元超聲換能器對此類非平面組織進行測試時得到的成像結構會與實際待測組織產生誤差，進而影響成像質量以及精確性。

目前，雖然出現了一些可拉伸透明的超聲轉換器，但是，現有的可拉伸透明的超聲轉換器，大多是基于不可拉伸的壓電材料和電極材料制備，然后通過對其機械結構進行設計，如設計為褶皺狀、彈簧狀、螺旋狀等，來實現超聲換能器的可拉伸性能。此類可拉伸透明超聲換能器在經歷多次拉伸形變后，其原本的非彈性電極結構等會發生坍塌，進而影響整個超聲換能器的性能。

壓電材料作為超聲換能器的最為重要的核心元件，其性能是決定超聲換能器性能的關鍵。傳統的壓電材料分為剛性壓電材料（如壓電陶瓷、壓電單晶）和柔性壓電材料（如：壓電聚合物）。其中，剛性壓電材料大多具有較高的機電耦合性能和較高的壓電應變常數，但也具有較高的難以直接與人體組織相匹配的聲阻抗；而柔性壓電材料雖然具有較低的聲阻抗可與人體聲阻抗直接相匹配，同時也可為超聲換能器提供較寬的帶寬，但柔性壓電材料的壓電應變系數及機電耦合系數較低。

由此可知，傳統的壓電材料，存在無法同時兼具優異的可拉伸性、透明性、壓電性能以及聲阻抗較低的問題。

發明內容

基于此，有必要針對上述問題，提供一種透明壓電薄膜、超聲換能器及其制備方法，所述透明壓電薄膜可同時具備優異的可拉伸、透明、壓電性能以及聲阻抗較低的特點，使其可直接用于超聲換能器的制備，無需彈性基底。

一種透明壓電薄膜，所述透明壓電薄膜包括多孔纖維素基聚合物以及負載于所述多孔纖維素基聚合物的孔隙中的復合異質結顆粒、有機壓電相和導電相；其中，所述多孔纖維素基聚合物與所述有機壓電相以化學鍵結合，所述復合異質結顆粒為導電顆粒與透明無機壓電相顆粒之間形成的化學異質結。

在其中一個實施例中，所述復合異質結顆粒在所述透明壓電薄膜中的質量分數為20%-50%，所述有機壓電相在所述透明壓電薄膜中的質量分數為25%-60%，所述導電相在所述透明壓電薄膜中的質量分數為0.05%-10%，所述多孔纖維素基聚合物在所述透明壓電薄膜中的質量分數為15%-50%。

在其中一個實施例中，所述多孔纖維素基聚合物的孔徑為35μm-105μm，相鄰孔徑之間的距離為40μm-65μm。

在其中一個實施例中，所述導電相選自納米銀、納米銅、石墨烯中的至少一種；

及/或，所述有機壓電相選自PVDF、P(VDF-TrFE)、PVDF-HFP中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述導電顆粒與所述透明無機壓電相顆粒之間通過氧化還原反應形成的化學異質結，其中，所述導電顆粒的物質的量為所述復合異質結顆粒的物質的量的3%-10%。

一種如上述所述的透明壓電薄膜的制備方法，包括以下步驟：

提供復合異質結顆粒和多孔纖維素基聚合物；

將有機壓電相溶解于有機溶劑中，得到混合溶液；