高频超声换能器已成为现代医学诊断和治疗的有力工具.目前,大多数超声换能器使用压电陶瓷进行机电耦合,在高频(>20 MHz)下会发生周期性的电声转换,因此对材料可靠性要求较高.本文提出了一种结构调控策略,以提高铌酸钾钠(KNN)基无铅...高频超声换能器已成为现代医学诊断和治疗的有力工具.目前,大多数超声换能器使用压电陶瓷进行机电耦合,在高频(>20 MHz)下会发生周期性的电声转换,因此对材料可靠性要求较高.本文提出了一种结构调控策略,以提高铌酸钾钠(KNN)基无铅陶瓷的压电性与可靠性,并用于高频超声成像.该KNN基陶瓷具有增强的压电性(d33~550±20 pC N^(-1))及抗疲劳特性,同时针对其良好性能,我们从涉及宏观到微观的多项共存、完好微观结构与灵活畴翻转的多维度协同效应阐述其机理.该多维度协同效应抑制了疲劳过程中性能恶化裂纹的出现及空间电荷的聚集,从而减少了畴壁的钉扎,增强了抗疲劳性.此外,基于该高性能压电陶瓷制备的超声换能器具有高可靠性及温度稳定性(从室温到80℃,频带宽度几乎不变).我们利用该超声换能器扫描罗非鱼眼球结构测试了器件成像效果.相信通过结构策略实现性能提升的新方法可以促进KNN基超声器件在生物医学方面的应用.展开更多
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(NSFC 52202144,52061130216 and 52032007)the Key-Area Research and Development Program of Guangdong Province(2020B0109380001)+2 种基金the Central Funds Guiding the Local Science and Technology Development of Sichuan Province(2021ZYD0022)the Fundamental Research Funds for the Central Universities,Sichuan University(YJ2021153)the Newton Advanced Fellowship award(NAFR1201126)from the Royal Society。
文摘高频超声换能器已成为现代医学诊断和治疗的有力工具.目前,大多数超声换能器使用压电陶瓷进行机电耦合,在高频(>20 MHz)下会发生周期性的电声转换,因此对材料可靠性要求较高.本文提出了一种结构调控策略,以提高铌酸钾钠(KNN)基无铅陶瓷的压电性与可靠性,并用于高频超声成像.该KNN基陶瓷具有增强的压电性(d33~550±20 pC N^(-1))及抗疲劳特性,同时针对其良好性能,我们从涉及宏观到微观的多项共存、完好微观结构与灵活畴翻转的多维度协同效应阐述其机理.该多维度协同效应抑制了疲劳过程中性能恶化裂纹的出现及空间电荷的聚集,从而减少了畴壁的钉扎,增强了抗疲劳性.此外,基于该高性能压电陶瓷制备的超声换能器具有高可靠性及温度稳定性(从室温到80℃,频带宽度几乎不变).我们利用该超声换能器扫描罗非鱼眼球结构测试了器件成像效果.相信通过结构策略实现性能提升的新方法可以促进KNN基超声器件在生物医学方面的应用.
