[发明专利]一种光致超声发射器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种光致超声发射器及其制作方法，所述光致超声发射器包括金属纳米颗粒‑多孔氧化铝阵列复合层，用于吸收入射光，并转换为热量，热膨胀材料的聚二甲基硅氧烷，填充于氧化铝阵列的纳米孔中，用于吸收热能，通过热弹效应发出超声。衬底为玻璃基片，该器件利用光致超声原理，在脉冲激光的作用下产生超声信号。本发明方法工艺简单，产生的超声具有强度高，频率高，频带宽的特点。

技术领域

本发明涉及超声技术领域，特别是涉及一种光致超声发射器及其制作方法。

背景技术

超声发射器在超声诊断和医疗成像领域具有广泛应用。传统的超声声源为压电超声换能器，其存在着体积较大，频率较低，驱动电压高，易受电磁干扰及声波聚焦点体积较大等不足。随着科学技术的不断发展，研究人员提出了光致超声的概念，其产生的超声波具有高强度，高频率和频带宽等特点，且其本身不受电磁干扰，并具有微型化的优点。利用光致超声效应制备的超声发射器可用于超声微创手术、血栓溶解、定向给药和微注射等医药领域。

光致超声发射器通常由光吸收材料和热膨胀材料组成。常用的吸收材料包括炭黑、碳纳米管、蜡烛烟灰颗粒等碳基材料，热膨胀材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。入射光被吸收材料吸收，产生的热量传导给PDMS，利用热弹效应产生超声。但在大多数光致超声发射器件中，光吸收材料和热弹性材料杂乱混合，导致热量随机无序传导，造成超声方向弥散、强度降低。因而，制备一种全新结构的超声发射器来提高超声强度和带宽及光热转换效率是亟需解决的技术难题。

发明内容

为了解决上述问题,本发明提供了一种光致超声发射器及其制作方法，提供的光致超声发射器是基于自组装金属纳米颗粒-多孔阳极氧化铝阵列-PDMS的超声发射器。

第一方面，本发明提供一种光致超声发射器，包括透明玻璃基片、光吸收部分和热膨胀材料，所述光吸收部分包括：多孔氧化铝阵列、金属薄膜及金属纳米颗粒；以下所述光吸收部分简称金属纳米颗粒-多孔氧化铝阵列，本发明所述的多孔氧化铝阵列为对称型双通AAO(Anodic Aluminum Oxide)纳米模板，所述多孔氧化铝阵列具有分布均匀的纳米孔；

所述金属薄膜为沉积在所述多孔氧化铝阵列表面的膜层，所述金属薄膜厚度为50-120nm；所述金属纳米颗粒吸附于所述多孔氧化铝阵列的纳米孔壁上，晶粒直径大小范围为10-25nm；所述热膨胀材料为聚二甲基硅氧烷PDMS，所述热膨胀材料填充在所述纳米孔中。

优选的，所述金属薄膜和所述金属纳米颗粒的材料选自铝或银。

优选的，所述多孔氧化铝阵列的孔中心间距450nm、孔径大小250-350nm；进一步优选的，所述阳极氧化铝厚度60μm。

入射激光脉冲被上述光致超声发射器的金属纳米颗粒-多孔氧化铝阵列-PDMS复合层吸收之后，转换为热量，进而利用热弹效应产生超声。

属于同一发明构思的第二方面，本发明提供一种光致超声发射器的制作方法，包括以下步骤：

步骤S1，在双通多孔阳极氧化铝表面利用物理气相沉积法生长金属薄膜，在孔内沉积金属纳米颗粒；

步骤S2，在烧杯中混合预设质量比的PDMS和固化剂，将制备的金属纳米颗粒-多孔氧化铝阵列复合层浸泡在聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液中，按照预设的时间进行磁力搅拌；静置烧杯，孔内残留的空气会在溶液中形成气泡，待聚二甲基硅氧烷混合液内气泡完全消散再取出；

步骤S3，将制备的金属纳米颗粒-多孔氧化铝阵列复合层浸泡在PDMS混合溶液中，使PDMS混合液充分浸入多孔氧化铝阵列的纳米孔内；取出金属纳米颗粒-多孔氧化铝阵列-PDMS复合层，将其放置在透明玻璃基片上；

步骤S4，将玻璃片连同金属纳米颗粒-多孔氧化铝阵列-PDMS复合层放入真空干燥箱中，抽真空加热固化，PDMS固化于金属纳米颗粒-多孔氧化铝阵列的纳米孔内，得到超声发射器。