基于1-3型压电复合材料的聚焦超声换能器性能优化研究
发布时间：2022-01-21 22:57
研究背景高强度聚焦超声换能器（High Intensity Focused Ultrasound,HIFU）是高强度聚焦超声肿瘤治疗系统的核心部件,传统的换能器存在带宽窄、电声转换效率低、能量输出稳定性差的问题,而换能器的性能优异直接决定了HIFU的治疗效果。因此对换能器的性能优化研究显得十分重要。换能器主要由压电振子、匹配层、背衬层、电极导线、外壳组成。作为超声波的发声元件,1-3型压电复合材料的综合性能直接决定着换能器的各个性能指标,性能优异的1-3型压电复合材料使换能器具有稳定的工作输出性和较高的电声转换效率。在压电材料确定的情况下,设计良好的匹配层不仅能够使换能器和工作介质之间实现声学匹配,使换能器声波能量在人体组织和换能器之间的传输效率得到明显提高,明显拓宽换能器的带宽;而且也能对换能器表面和压电陶瓷进行保护,避免其在工作环境中受到污染或破坏。本课题从1-3型压电复合材料和匹配层二个方面进行研究,以此寻找一种基于1-3型压电复合材料的聚焦超声换能器性能优化的方法。目的对1-3型压电复合材料进行改性研究,使换能器具有稳定输出和高电声转换效率;同时通过填充氧化铝对环氧树脂匹配层进...
【文章来源】：重庆医科大学重庆市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非线性超声(Ritec)测试系统
20图1.2填料PES对环氧聚合相声学参数的影响：(a)声速、声阻抗(b)声衰减系数Fig.1.2EffectoffillerPESonacousticparametersofepoxypolymerphase:(a)soundvelocityandsoundimpedance(b)soundattenuationcoefficient图1.3为不同含量HGB加入到10wt%聚醚砜-环氧树脂后聚合相材料的声学特性。结合表1.4和图1.3可以发现，随着HGB含量的增加，C系列样品的ν和α均明显的增加。由于HGB内部中空的属性，能够有效地降低基体密度，聚合相材料的Z有所下降，在样品C3时，ν、Z和α分别为2583m/s、2.85Mrayl、1.66dB/cm/MHz。由此可以说明PES和HGB的填充能够改善聚合相材料的声学特性。据文献报道，声速，声衰减增加能够使1-3型压电复合材料在水中表现出更稳定的厚度模式特性[27]，意味着优化聚合物材料的声学特性，可以提高换能器的热稳定性。图1.3填料HGB对环氧聚合相声学参数的影响：(a)声速、声阻抗(b)声衰减系数Fig.1.3EffectoffillerHGBonacousticparametersofepoxypolymerphase:(a)soundvelocityandsoundimpedance(b)soundattenuationcoefficient4.2填料对环氧聚合相力学性能的影响
20图1.2填料PES对环氧聚合相声学参数的影响：(a)声速、声阻抗(b)声衰减系数Fig.1.2EffectoffillerPESonacousticparametersofepoxypolymerphase:(a)soundvelocityandsoundimpedance(b)soundattenuationcoefficient图1.3为不同含量HGB加入到10wt%聚醚砜-环氧树脂后聚合相材料的声学特性。结合表1.4和图1.3可以发现，随着HGB含量的增加，C系列样品的ν和α均明显的增加。由于HGB内部中空的属性，能够有效地降低基体密度，聚合相材料的Z有所下降，在样品C3时，ν、Z和α分别为2583m/s、2.85Mrayl、1.66dB/cm/MHz。由此可以说明PES和HGB的填充能够改善聚合相材料的声学特性。据文献报道，声速，声衰减增加能够使1-3型压电复合材料在水中表现出更稳定的厚度模式特性[27]，意味着优化聚合物材料的声学特性，可以提高换能器的热稳定性。图1.3填料HGB对环氧聚合相声学参数的影响：(a)声速、声阻抗(b)声衰减系数Fig.1.3EffectoffillerHGBonacousticparametersofepoxypolymerphase:(a)soundvelocityandsoundimpedance(b)soundattenuationcoefficient4.2填料对环氧聚合相力学性能的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于1-1-3型压电复合材料水声换能器性能分析[J]. 杜海波,秦雷,仲超,王丽坤. 西北工业大学学报. 2019(02)
[2]聚丙烯/玻璃微珠复合材料的研究进展[J]. 马乔宇,袁斌,申嘉祥,苏阿倩,闰明涛. 合成树脂及塑料. 2019(01)
[3]环氧树脂/聚醚砜/纳米氧化铝复合材料的力学性能及介电性能[J]. 吴唯,陈诗英,宗孟静子. 华东理工大学学报(自然科学版). 2018(02)
[4]纳米Al2O3/聚醚砜-环氧树脂复合材料的介电性能及热稳定性能[J]. 吴唯,陈诗英,宗孟静子. 材料导报. 2017(20)
[5]聚醚砜增韧环氧树脂的力学性能及固化体系相分离[J]. 贾文品,周金利,余木火,韩克清,朱姝,程超. 玻璃钢/复合材料. 2017(03)
[6]高频医用超声换能器材料声匹配特性研究[J]. 刘鹏波,简小华,韩志乐,李章剑,崔崤峣. 压电与声光. 2016(03)
[7]基于1-3压电复合材料的相控聚焦系统[J]. 郝琦,何敏,王科鑫,曾德平,叶方伟. 压电与声光. 2015(04)
[8]压电复合材料用于透镜式聚焦换能器的研究[J]. 何敏,郝琦,王科鑫,曾德平,叶方伟,李发琪,王智彪,何虹莹. 无机材料学报. 2015(07)
[9]有限元法分析1-3型压电复合材料换能器[J]. 李莉,王丽坤,秦雷. 压电与声光. 2015(03)
[10]1-3型压电复合材料设计分析[J]. 田志,陈良锋,田东光. 电子工业专用设备. 2013(12)
博士论文
[1]1-3-2型压电复合材料换能器研究[D]. 鲜晓军.陕西师范大学 2016
硕士论文
[1]1-3型压电复合材料壳式聚焦换能器的研究[D]. 王科鑫.重庆医科大学 2016
[2]高频聚焦超声换能器研制[D]. 刘鹏波.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]1-3型压电复合材料性能分析与仿真软件开发[D]. 段元兴.西安电子科技大学 2014
[4]超声换能器声匹配层设计方法及其声学特性研究[D]. 牛今丹.哈尔滨工业大学 2014
[5]无损探伤换能器的优化设计[D]. 胡小舟.南京大学 2013
本文编号：3601112
【文章来源】：重庆医科大学重庆市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非线性超声(Ritec)测试系统
20图1.2填料PES对环氧聚合相声学参数的影响：(a)声速、声阻抗(b)声衰减系数Fig.1.2EffectoffillerPESonacousticparametersofepoxypolymerphase:(a)soundvelocityandsoundimpedance(b)soundattenuationcoefficient图1.3为不同含量HGB加入到10wt%聚醚砜-环氧树脂后聚合相材料的声学特性。结合表1.4和图1.3可以发现，随着HGB含量的增加，C系列样品的ν和α均明显的增加。由于HGB内部中空的属性，能够有效地降低基体密度，聚合相材料的Z有所下降，在样品C3时，ν、Z和α分别为2583m/s、2.85Mrayl、1.66dB/cm/MHz。由此可以说明PES和HGB的填充能够改善聚合相材料的声学特性。据文献报道，声速，声衰减增加能够使1-3型压电复合材料在水中表现出更稳定的厚度模式特性[27]，意味着优化聚合物材料的声学特性，可以提高换能器的热稳定性。图1.3填料HGB对环氧聚合相声学参数的影响：(a)声速、声阻抗(b)声衰减系数Fig.1.3EffectoffillerHGBonacousticparametersofepoxypolymerphase:(a)soundvelocityandsoundimpedance(b)soundattenuationcoefficient4.2填料对环氧聚合相力学性能的影响
20图1.2填料PES对环氧聚合相声学参数的影响：(a)声速、声阻抗(b)声衰减系数Fig.1.2EffectoffillerPESonacousticparametersofepoxypolymerphase:(a)soundvelocityandsoundimpedance(b)soundattenuationcoefficient图1.3为不同含量HGB加入到10wt%聚醚砜-环氧树脂后聚合相材料的声学特性。结合表1.4和图1.3可以发现，随着HGB含量的增加，C系列样品的ν和α均明显的增加。由于HGB内部中空的属性，能够有效地降低基体密度，聚合相材料的Z有所下降，在样品C3时，ν、Z和α分别为2583m/s、2.85Mrayl、1.66dB/cm/MHz。由此可以说明PES和HGB的填充能够改善聚合相材料的声学特性。据文献报道，声速，声衰减增加能够使1-3型压电复合材料在水中表现出更稳定的厚度模式特性[27]，意味着优化聚合物材料的声学特性，可以提高换能器的热稳定性。图1.3填料HGB对环氧聚合相声学参数的影响：(a)声速、声阻抗(b)声衰减系数Fig.1.3EffectoffillerHGBonacousticparametersofepoxypolymerphase:(a)soundvelocityandsoundimpedance(b)soundattenuationcoefficient4.2填料对环氧聚合相力学性能的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于1-1-3型压电复合材料水声换能器性能分析[J]. 杜海波,秦雷,仲超,王丽坤. 西北工业大学学报. 2019(02)
[2]聚丙烯/玻璃微珠复合材料的研究进展[J]. 马乔宇,袁斌,申嘉祥,苏阿倩,闰明涛. 合成树脂及塑料. 2019(01)
[3]环氧树脂/聚醚砜/纳米氧化铝复合材料的力学性能及介电性能[J]. 吴唯,陈诗英,宗孟静子. 华东理工大学学报(自然科学版). 2018(02)
[4]纳米Al2O3/聚醚砜-环氧树脂复合材料的介电性能及热稳定性能[J]. 吴唯,陈诗英,宗孟静子. 材料导报. 2017(20)
[5]聚醚砜增韧环氧树脂的力学性能及固化体系相分离[J]. 贾文品,周金利,余木火,韩克清,朱姝,程超. 玻璃钢/复合材料. 2017(03)
[6]高频医用超声换能器材料声匹配特性研究[J]. 刘鹏波,简小华,韩志乐,李章剑,崔崤峣. 压电与声光. 2016(03)
[7]基于1-3压电复合材料的相控聚焦系统[J]. 郝琦,何敏,王科鑫,曾德平,叶方伟. 压电与声光. 2015(04)
[8]压电复合材料用于透镜式聚焦换能器的研究[J]. 何敏,郝琦,王科鑫,曾德平,叶方伟,李发琪,王智彪,何虹莹. 无机材料学报. 2015(07)
[9]有限元法分析1-3型压电复合材料换能器[J]. 李莉,王丽坤,秦雷. 压电与声光. 2015(03)
[10]1-3型压电复合材料设计分析[J]. 田志,陈良锋,田东光. 电子工业专用设备. 2013(12)
博士论文
[1]1-3-2型压电复合材料换能器研究[D]. 鲜晓军.陕西师范大学 2016
硕士论文
[1]1-3型压电复合材料壳式聚焦换能器的研究[D]. 王科鑫.重庆医科大学 2016
[2]高频聚焦超声换能器研制[D]. 刘鹏波.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[3]1-3型压电复合材料性能分析与仿真软件开发[D]. 段元兴.西安电子科技大学 2014
[4]超声换能器声匹配层设计方法及其声学特性研究[D]. 牛今丹.哈尔滨工业大学 2014
[5]无损探伤换能器的优化设计[D]. 胡小舟.南京大学 2013
本文编号：3601112
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