高性能圧電高分子と音響整合層による高周波空中超音波トランスデューサの開発と応用

采用高性能压电聚合物和声匹配层的高频机载超声换能器的研制与应用

基本信息

批准号：
22K04118
负责人：
高橋貞幸
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

空気中に於ける非接触による非破壊検査は、工学的にも医学的にも重要な課題の一つである。現在、空気中で行われる一般的な非破壊検査装置は、X線装置によるものが殆どである。X線は被爆や規制があるため簡単に設置できる装置ではない。そこで、本研究では超音波(高周波)による、非破壊検査装置を開発することである。本年度は、主として圧電高分子材料であるP(VDF/TrFE)(75/25mol%)による高性能圧電膜の開発と、高周波数(2MHz)で動作する空中超音波用トランスデューサの高性能化に重点を置いた。この2つの項目を実現するために、①従来よりも長時間の熱処理を行った。これは、P(VDF/TrFE)の結晶化(電気機械結合係数値)を上昇させるためと、電極を兼ねる金属基板上に、圧電膜を十分に密着させるための工程である(金属基板と圧電膜間で少しでも剥離が発生すると性能が極度に低下する)。②前述の圧電膜を用いて、2MHz用空中超音波トランスデューサを開発し、強度値および位相差(10MHz検出タイプ)による集積回路（IC)の非接触による透過画像形成を試みた。高性能のトランスデューサの開発には、シリコーン系を含む様々なポリマー系の音響整合材として利用し、性能向上を調査した。この結果、密着度の高いP(VDF/TrFE)が得られたが、予想よりも熱処理温度が多少高くなり、従来の圧電膜との大きな差は見い出せなかった。高性能のP(VDF/TrFE)トランスデューサ開発として、シリコーンゴム・ウレタン材などを音響整合層として用いたが、まだ、十分な性能の向上は見られていない。

使用非接触空气的非破坏性测试是工程和医学上的重要问题之一。当前，在空气中执行的最常见的非破坏性测试设备是X射线设备。 X射线不是由于接触原子弹和法规而容易安装的设备。因此，这项研究是使用超声（高频）开发非破坏性测试装置。今年，我们主要专注于使用P（VDF/TRFE）（75/25mol％），一种压电聚合物材料来开发高性能的压电膜，并改善了在高频（2MHz）上运行的机载超声传播器的性能。要实现这两个项目，1）进行热处理比以前更长的时间。这是一个过程，以增加P（VDF/TRFE）的结晶（机电耦合系数值）并确保对压电膜充分地粘附在金属底物上，这也是电极的（如果金属底物和金属底物和piezoEleclect胶片之间的略微剥离）将是电极的效果（如果发生任何轻微的去骨），则表现出极为极为极为极为极为极为多的。 2）使用上述压电膜，开发了2MHz的空中超声传感器，并尝试使用非接触式集成电路（IC）使用强度值和相位差（10MHz检测类型）形成透明图像。在高性能传感器的开发中，我们将它们用作包括硅胶系统在内的各种聚合物系统的声学匹配材料，并研究了性能的改善。结果，获得了具有高粘附力的P（VDF/TRFE），但是热处理温度略高于预期，并且发现常规压电膜没有显着差异。在开发高性能P（VDF/TRFE）换能器时，有机硅橡胶，氨基甲烷材料和其他材料被用作声学匹配层，但性能尚未有足够的改善。