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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04118/
• 关键词: 圧電高分子材料; 空中超音波; トランスデューサ; 高周波数; 音響整合材; 効率向上; 非破壊検査; 透過画像; 圧電高分子; 音響整合層; 非接触; 超音波画像

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。

空气中的无损、非接触式测试是最重要的工程和医学问题之一。目前，空中使用的通用无损检测设备大多采用X射线设备。由于辐射暴露和法规的原因，X 射线不易安装。因此，本研究旨在开发一种利用超声波（高频）的无损检测装置。今年，我们将主要致力于开发使用压电聚合物材料P(VDF/TrFE) (75/25mol%)的高性能压电薄膜，以及提高在高工作温度下运行的机载超声换能器的性能。我把它的频率（2MHz）。为了实现这两项，1）我们进行了比以前更长的热处理时间。这是一种提高 P(VDF/TrFE) 结晶度（机电耦合系数值）并使压电薄膜充分粘附到兼作电极的金属基板（金属基板和压电体）的工艺，即使是微量的薄膜之间发生剥离，性能将严重下降）。 ②使用上述压电薄膜，开发了2MHz航空超声波换能器，并尝试利用强度值和相位差（10MHz检测型）对集成电路（IC）进行非接触传输图像形成。为了开发高性能换能器，使用包括硅基材料在内的各种聚合物基材料作为声学匹配材料，并研究了性能改进。结果，获得了具有高粘附力的P(VDF/TrFE)，但热处理温度比预期稍高，并且与常规压电薄膜没有发现显着差异。在高性能P(VDF/TrFE)换能器的开发中，硅橡胶和聚氨酯材料已被用作声匹配层，但尚未看到足够的性能改进。

项目成果

2MHz焦点型圧電高分子トランスデューサを用いた空中超音波によるIC内部の位相差画像形成

使用航空超声波使用 2MHz 聚焦压电聚合物换能器在 IC 内形成相衬图像

• 发表时间: 2022
• 作者: 高橋貞幸