[发明专利]一种可调光声换能器装置及其制备方法

说明书

本发明属于超声换能器技术领域，更具体地，涉及一种可调光声换能器装置及其制备方法。该装置包括结构化基座和柔性复合光声转换层；所述结构化基座用于定义可调光声换能器的可动部分尺寸；所述柔性复合光声转换层配合所述结构化基座形成一个结构腔，所述柔性复合光声转换层用于吸收激光束能量并转换成声能；通过调节所述结构腔内的气压使所述柔性复合光声转换层发生形变，所述形变产生的面形决定了激光聚焦超声的声焦点。本发明的可调光声换能器可以很方便的对激光聚焦超声的声焦点进行连续调制，且工艺过程简单具有可行性。

技术领域

本发明属于超声换能器技术领域，更具体地，涉及一种可调光声换能器装置及其制备方法。

背景技术

超声换能器被广泛应用于无损检测和医学诊断与治疗，而随着超快激光技术的发展，基于光声效应的光声换能器具备了宽频带和高频率的优点；同时，依靠先进的微纳加工技术，还有望进一步减小换能器尺寸，进而增加成像的空间分辨率。为提高光声转换效率，光声转换层作为光声换能器的核心结构得到大量研究。材料自身性能上，激光波长处的高光吸收系数保证了激光能量的吸收，而高热膨胀系数则相当于放大了器件的声输出；其中具有代表性的是碳基微纳结构(碳纳米管，炭黑，碳纤维等)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)的复合材料。

激光聚焦超声(laser-generated focused ultrasound，LGFU)通过超声波在微米量级声焦点处产生的冲击和空化效应实现高精度的超声治疗。由于具有不损伤靶组织周围健康组织的突出特点，这一治疗技术受到广泛关注。然而，现在所研究的激光聚焦超声换能器大都只能具有一个固定的声焦点，因而在实际应用中往往需要配合机械扫描部件来实现不同位置声焦点工作的需求，这带来了系统庞大、响应速度慢、成本高等缺点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可调光声换能器装置及其制备方法，其目的在于通过构建柔性光声转换层，利用柔性光声转换层易于发生形变的特点，借助于外力使该光声转换层发生不同程度形变而对应不同的面形，从而对应获得不同的超声聚焦焦点，根据需要可以对激光聚焦超声的声焦点进行连续调制，由此解决现有技术的激光聚焦超声换能器只有一个固定焦点，应用面很窄的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种可调光声换能器装置，包括结构化基座和柔性复合光声转换层；所述结构化基座用于固定和支撑所述柔性复合光声转换层，且用于定义能够发生形变的柔性复合光声转换层的尺寸，所述能够发生形变的柔性复合光声转换层在外力作用下发生形变，吸收激光束能量并转换成声能，所述形变产生的面形决定了激光聚焦超声的声焦点，不同形变大小产生的面形对应获得不同位置的声焦点。

优选地，所述外力作用包括电磁作用、压电作用或气压作用。

优选地，所述外力作用为气压作用，具体为：所述柔性复合光声转换层配合所述结构化基座形成一个结构腔，所述结构腔的横向尺寸与所述能够发生形变的柔性复合光声转换层的横向尺寸相等，通过控制所述结构腔内的压力大小来控制所述能够发生形变的柔性复合光声转换层的形变大小。

优选地，所述结构腔的深度尺寸不小于所述结构腔的横向尺寸的四分之一。

进一步优选地，所述结构腔的横向尺寸与所述激光束的直径相等。

优选地，所述结构化基座采用的材料为金属、塑料、有机玻璃或聚合物。

优选地，所述结构化基座为聚二甲基硅氧烷(PDMS)胶体固化得到。

优选地，所述柔性复合光声转换层选用的材料为碳基微纳结构材料和柔性聚合物组成的复合材料薄膜，所述碳基微纳结构材料选自薄膜碳纳米管、碳黑颗粒或碳纤维；所述柔性聚合物具有弹性和延展性。

优选地，所述柔性聚合物为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

优选地，所述柔性复合光声转换层为由PDMS、蜡烛碳黑粒子和PDMS组成的三明治型结构。