柔性超声换能器及其力电耦合机理

超声成像是人体健康监测、疾病诊断与治疗的重要手段。本项目以实现人体可穿戴的超声换能器阵列为研究目标，开展基于压电陶瓷的柔性可延展超声换能器的设计与制备技术研究，分析柔性环境下超声换能器的变形特性。项目通过可延展蛇形互连导线结构设计了基于微米厚度压电薄膜的柔性超声换能器阵列，发展了基于微纳制备工艺和印章转印的制备方法，实现柔性超声换能器原理器件。针对器件制备成功率低的问题，总结分析了材料、制备工艺的主要原因，揭示转印过程中印章剥离速度和印章变形对转印效果的影响机理，并提出了基于厚块状压电陶瓷的上下互连电极非共面结构的超声换能器修正设计方案。

超声成像是人体健康监测、疾病诊断与治疗的重要手段。本课题研究基于压电陶瓷的柔性可延展超声换能器的制备，以及利用该器件与人体皮肤表面完美贴合，在待测处实现高精度、大面积、实时、舒适的超声成像。研究重点与难点在于电子器件可延展结构设计以及相应的微纳制备技术的开发以实现将传统硬而脆的压电陶瓷材料制备成可弯曲可拉伸且性能不受变形影响的柔性超声换能器。本课题拟通过蛇形导线设计与转印技术实现基于压电陶瓷的柔性可延展超声换能器，建立柔性环境对超声成像影响的理论模型，并进行实验验证。

医用超声换能器（超声探头）是医学超声仪器系统的重要组成部分，它在新型医学仪器的研制和医学研究中，占有相当重要的位置。超声诊断中，首先必须向人体发射超声波，然后接收人体组织结构信息的反射回波。起信息转换作用的是医用超声换能器，由它完成一种电-声和声-电转换，换能器的性能状况直接关系着医用超声设备的性能。

医疗超声换能器的种类，可以按照换能器工作时所产生的波束的多少，分为单波束和多波束。少到单个波束，多到256个波束。按换能器阵元的空间排列的维数，又可以分为一维阵(一维线阵，一维凸线阵，一维相控阵)，1.5维，1.75维，或两维声学基阵。根据换能器工作频率的范围，可以分为低频，高频换能器。在医疗超声设备中，低频换能器可以到500KHz，甚至更低到20KHz，高频换能器目前则可以到50MHz。如果按照换能器制作的材料来区分，那又可以分为压电陶瓷换能器，压电薄膜换能器，压电厚膜换能器，压电单晶换能器，复合材料换能器，微机械加工的电容式换能器，微机械加工的压电式换能器等。