[发明专利]一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器

权利要求书

1.一种穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述超声换能器包括：薄膜压电微纳阵列、声学软质超凝胶材料层、声透镜和三个匹配层；

三个匹配层分别为第一匹配层、第二匹配层和第三匹配层；

所述薄膜压电微纳阵列用于发射超声波或接收待测物体反射的超声波；

所述第一匹配层、所述声透镜、所述第二匹配层、所述声学软质超凝胶材料层和所述第三匹配层沿超声波的发射方向依次设置在所述薄膜压电微纳阵列的一侧；

所述声学软质超凝胶材料层选用声学软质超凝胶材料，所述声学软质超凝胶材料具有与颅骨等效质量密度和等效体积模量数值相等、正负相反的互补特性，所述声学软质超凝胶材料层用于实现所述薄膜压电微纳阵列与颅骨之间的阻抗匹配。

2.根据权利要求1所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述薄膜压电微纳阵列由下至上依次设置基底层、弹性层、底电极、压电层和顶电极；

所述压电层的一侧与所述顶电极连接，所述压电层的另一侧与所述底电极连接；

当所述薄膜压电微纳阵列用于发射超声波时，所述压电层用于在交流电的作用下起振，将起振信号通过所述弹性层传递给所述基底层的空腔，所述空腔用于将所述起振信号转换成超声波；

当所述薄膜压电微纳阵列用于接收超声波时，所述空腔用于将超声波转换为振动信号，所述振动信号通过弹性层传递给所述压电层，所述压电层用于将所述振动信号转换为电信号。

3.根据权利要求2所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述薄膜压电微纳阵列的直径为400～800μm；

所述基底层的厚度为200～300μm；

所述底电极的厚度为0.1～0.3μm；

所述顶电极的厚度为0.1～0.3μm；

所述弹性层的厚度为1～10μm；

所述压电层的厚度为1～10μm。

4.根据权利要求2所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述压电层为压电材料，所述压电材料为铌酸锂、氮化铝、氧化锌、锆钛酸铅和聚偏二氟乙烯中的一种。

5.根据权利要求2所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述超声换能器还包括：线缆；

所述线缆与所述薄膜压电微纳阵列连接，用于为所述压电层提供驱动电压信号。

6.根据权利要求1所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述声学软质超凝胶材料层包括聚合物基微泡结构和软质凝胶；

所述聚合物基微泡结构包括聚合物材料的壳体和壳体内填充的气体；

所述软质凝胶包裹着多个聚合物基微泡结构。

7.根据权利要求1所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述超声换能器还包括：背衬层；

所述背衬层设置在所述薄膜压电微纳阵列的另一侧，所述背衬层与所述薄膜压电微纳阵列通过环氧树脂连接，用于衰减或吸收所述薄膜压电微纳阵列背向辐射的超声波。

8.根据权利要求7所述的穿颅薄膜压电微纳阵列超声换能器，其特征在于，所述超声换能器还包括：外壳；

所述背衬层、所述薄膜压电微纳阵列、所述声学软质超凝胶材料层、所述声透镜和三个匹配层设置在所述外壳内。