本发明涉及的是一种具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层及制作方法，属于复合材料、功能材料技术领域。
背景技术：
超声换能器是一种被广泛应用的能量转换器件，可进行声电信号相互转换，其核心的工作原理是压电效应。换能器的匹配层是介于压电晶体和人体之间的过渡层，可以实现从压电晶体向人体的阻抗过渡，从而大大提高换能器的声透过率和灵敏度。
传统的匹配层往往是单层的，超声波的透射效率不高。其制作方法常常包括浇铸法、刮刀法、旋涂法等，这些方法的特点是，一旦制备好混合液后，不再改变混合液的成分，只是通过浇铸、刮刀或旋涂等手段将混合液置于不同载体中，然后将其固化成型。理论上，如果选用相同的混合液且操作过程完美的话，此类方法得到的匹配层的性质应该是完全相同的。但是实际上，往往在选用相同的混合液时，采用不同方法制备的匹配层的阻抗彼此差别很大，操作的可重复性差。
所以，发明一种具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层及制作方法，克服上述不足，十分必要。
技术实现要素：
本发明是针对上述目的提一种具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层及制作方法，该具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层除具有传统匹配层所具有的阻抗过渡使用效果外，更具有可靠性更高、声阻抗分布范围更宽、获得的声阻抗数据更精确等优势。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层，由包括以下重量份数的原料制备而成：
本发明具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层，其中所述的环氧树脂为双酚a型环氧树脂，环氧值为0.48-0.54eq/100g。
本发明具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层，其中所述的聚苯乙烯粉，其粒径为50-100nm。
本发明具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层，其中所述的氧化铝粉，其粒径为20-60nm。
本发明具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层，其中所述的碳化钨粉，其粒径为10-20nm。
本发明具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层，其中所述的二氧化硅/氧化铈复合微纳米球，以二氧化硅为核、氧化铈为壳，二者形成核-壳结构，其粒径为100-500nm。
本发明具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层的制作方法，其包括以下步骤：
(1)将环氧树脂按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉、氧化铝粉、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合10-20min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡30-60min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合10-20min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡20-40min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合10-20min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡30-60min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空10-30min，真空压力-80kpa，然后取出，在8000-12000r/min转速下离心15-45min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化30-60min，然后升温至80℃，固化30-60min，再升温至100℃，固化20-40min，最后升温至120℃，固化60-120min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
本发明具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层混杂采用有机聚苯乙烯粉、无机氧化铝粉及碳化钨粉，同时采用具有多层中空结构的二氧化硅/氧化铈复合微纳米球为声阻抗调控材料，解决了现有声阻抗调控材料适用范围单一、精度低以及可控性差等难题。本发明采用离心分离及程序智能控温控压、树脂原位固化成型技术，确保了所制备的树脂基声阻抗匹配层的声阻抗梯度分布更加稳定、均匀，操作的可重复性强。
具体实施方式
以下采用实施例具体说明本发明的具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层及其制作方法。
实施例1：
(1)将环氧树脂(环氧值为0.51eq/100g)按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉(粒径为75nm)、氧化铝粉(粒径为40nm)、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合15min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡45min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉(粒径为15nm)、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合15min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡30min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球(粒径为300nm)、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合15min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡45min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空20min，真空压力-80kpa，然后取出，在10000r/min转速下离心30min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化45min，然后升温至80℃，固化45min，再升温至100℃，固化30min，最后升温至120℃，固化90min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
实施例2：
(1)将环氧树脂(环氧值为0.48eq/100g)按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉(粒径为50nm)、氧化铝粉(粒径为20nm)、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡30min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉(粒径为10nm)、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡20min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球(粒径为100nm)、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡30min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空10min，真空压力-80kpa，然后取出，在8000r/min转速下离心15min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化30min，然后升温至80℃，固化30min，再升温至100℃，固化20min，最后升温至120℃，固化60min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
实施例3：
(1)将环氧树脂(环氧值为0.54eq/100g)按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉(粒径为100nm)、氧化铝粉(粒径为60nm)、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合20min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡60min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉(粒径为20nm)、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合20min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡40min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球(粒径为500nm)、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合20min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡60min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空30min，真空压力-80kpa，然后取出，在12000r/min转速下离心45min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化60min，然后升温至80℃，固化60min，再升温至100℃，固化40min，最后升温至120℃，固化120min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
实施例4：
(1)将环氧树脂(环氧值为0.48eq/100g)按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉(粒径为75nm)、氧化铝粉(粒径为60nm)、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡45min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉(粒径为20nm)、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡30min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球(粒径为500nm)、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡45min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空30min，真空压力-80kpa，然后取出，在8000r/min转速下离心30min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化60min，然后升温至80℃，固化30min，再升温至100℃，固化30min，最后升温至120℃，固化120min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
实施例5：
(1)将环氧树脂(环氧值为0.51eq/100g)按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉(粒径为100nm)、氧化铝粉(粒径为20nm)、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合15min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡60min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉(粒径为10nm)、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合15min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡40min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球(粒径为100nm)、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合15min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡60min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空10min，真空压力-80kpa，然后取出，在10000r/min转速下离心45min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化30min，然后升温至80℃，固化45min，再升温至100℃，固化40min，最后升温至120℃，固化60min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
实施例6：
(1)将环氧树脂(环氧值为0.54eq/100g)按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉(粒径为50nm)、氧化铝粉(粒径为40nm)、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合20min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡30min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉(粒径为15nm)、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合20min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡20min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球(粒径为300nm)、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合20min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡30min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空20min，真空压力-80kpa，然后取出，在12000r/min转速下离心15min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化45min，然后升温至80℃，固化60min，再升温至100℃，固化20min，最后升温至120℃，固化90min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
实施例7：
(1)将环氧树脂(环氧值为0.48eq/100g)按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉(粒径为100nm)、氧化铝粉(粒径为40nm)、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡60min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉(粒径为15nm)、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡40min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球(粒径为300nm)、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合10min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡60min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空20min，真空压力-80kpa，然后取出，在8000r/min转速下离心45min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化45min，然后升温至80℃，固化30min，再升温至100℃，固化40min，最后升温至120℃，固化90min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
实施例8：
(1)将环氧树脂(环氧值为0.52eq/100g)按质量比5∶4∶1分成三份，分别标记为ar、br和cr；将丁基缩水甘油醚按质量比6∶4分成两份，分别标记为ad和bd；将聚醚胺d230按质量比6∶4分成两份，分别标记为ae和be；
(2)将ar、聚苯乙烯粉(粒径为80nm)、氧化铝粉(粒径为30nm)、ad和ae计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合16min，制备成环氧树脂胶液a，抽真空排除气泡40min，真空压力为-60kpa；
(3)将br、碳化钨粉(粒径为12nm)、bd和be计量后加入到容器中，搅拌器混合18min，制备成环氧树脂胶液b，抽真空排除气泡24min，真空压力为-40kpa；
(4)将cr、二氧化硅/氧化铈复合微纳米球(粒径为400nm)、间苯二酚和二乙烯三胺计量后加入到容器中，真空下搅拌器混合12min，制备成环氧树脂胶液c，抽真空排除气泡50min，真空压力为-30kpa；
(5)将环氧树脂胶液a、环氧树脂胶液b及环氧树脂胶液c混合均匀后加入到离心容器中，放入真空室中抽真空13min，真空压力-80kpa，然后取出，在9700r/min转速下离心40min；
(6)将离心后的样品连同离心容器一道，放入恒温箱中，60℃下固化36min，然后升温至80℃，固化55min，再升温至100℃，固化23min，最后升温至120℃，固化80min；
(7)将带离心容器的样品冷却至室温，破除离心容器，即可得到具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层。
下面通过检测，说明实施例1的效果，其检测结果如下：
样品密度：3.268g/cm3，声阻抗值：21.2mrayl，声衰减：4.73db/cm·mhz
检测结果表明，本实施例所得的具有阻抗梯度的超声换能器用树脂基声匹配层密度及声衰减适中，声阻抗值优异，可确保超声换能器在使用过程中绝大部分声波可顺利进入人体，无需使用背衬。