张雪晴 尹冠军,2 张家裕 冉建清 杨雪冰 郭建中

(1 陕西师范大学物理学与信息技术学院 西安 710119)

(2 陕西师范大学现代教学技术教育部重点实验室 西安 710119)

0 引言

超声技术在生物医学[1−5]、工业[6−7]等许多领域被广泛应用，而换能器的辐射特性直接决定了其应用的精度和效果。越来越多的精准应用对换能器的辐射效率和指向性提出了更高的需求，匹配层和背衬层对换能器的辐射性能有重要影响。

近年来，各国学者对换能器的匹配层和背衬层的设计和材料选择进行了大量研究。Zhou[8]、Zhang 等[9]用氧化铝/环氧树脂纳米复合材料作为匹配层，解决了高频超声换能器的阻抗匹配问题。Tiefensee 等[10]提出了纳米复合氧化铈聚合物匹配层，并通过理论及实验证明了使用该匹配层可以使100 MHz换能器的电压幅度增加约100%。Manh等[11]设计制造了用于15 MHz 超声换能器的硅聚合物1-3 复合材料声匹配层。Fei 等[12]基于质量弹簧方法和传输线理论分别制作100 MHz 金属-聚合物匹配层(聚对二甲苯-金子层)铌酸锂换能器，验证了两种设计方法可以有效实现高频换能器的阻抗匹配。Li等[13]提出了一种二氧化硅-环氧树脂复合晶胞组成的各向异性锥形结构声学超材料匹配层。该匹配层中二氧化硅锥体的体积分数随着远离压电材料而减小，可以有效地实现声阻抗沿超声传播方向逐渐变化。实验及仿真证明，配备这种声学超材料匹配层的换能器带宽远优于传统换能器的带宽。State 等[14]用实验证明新开发的聚氨酯复合材料在热尺寸稳定性以及声阻尼性能方面都优于环氧树脂材料的背衬。……