一种医用全柔性超声器件

本发明涉及柔性器件，是一种医用全柔性超声器件。

背景技术：

1、随着医疗技术的发展，超声成像因其无电离辐射、便于微型化以及所制成器件可被柔性化，且便于贴附于多种复杂曲面等特性而得到广泛应用。因此，柔性化超声传感贴片日渐成为研究重点。但目前的柔性超声器件大部分都基于传统硬质超声探头的减薄化或微型化，或在外部添附柔性封装材料而制成。微型化柔性超声成像单元如图1中左图所示，其组成部分不可避免的使用一些传统硬质材料，例如电气互联的铜质柔性电极以及锆钛酸铅系列压电陶瓷超声发声体等。由于其弹性模量与柔性封装材料差距过大，因此会导致在反复弯折使用后各层分离，进而失去电气联通性。因此开发一种全柔性的超声器件具有重要的意义。

2、传统铜电极在柔性器件易受到拉伸与弯着的影响，使得其在全柔性超声器件研制中受限。随着打印电路技术的快速发展，使用打印金属导线作为电极，在柔性电子器件方面展现出巨大的优势。在大柔性与高延展性衬底上制作器件与电极等，能够满足挠性、延展性与使用稳定性的需求。与光刻、真空沉积、非电解沉积等技术相比较，采用打印技术制备可延展的柔性或可延展的电子元件具有快速、廉价、环保等优点。如图1中右图所示，同时所制备的器件具有高度稳定的柔性，并且可实现医用超声器件的透明化制造与轻量化制造。

技术实现思路

1、本发明采用柔性压电敏感材料使用的是pvdf或其他有机压电聚合物等材料。其均表现出良好的介电，压电，热电等特性。与常规压电材料(如陶瓷型压电材料)比较，其频率响应范围宽，力点转换的敏感性高，机械性能好，机械强度高，声阻抗易于与人体相配合，且质轻、柔软、耐冲击等优点，且易于加工成各种形状以及弯曲成不同弧度。因此，本发明提供一种全柔性医用超声器件。

2、需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

3、本发明提供了一种医用全柔性超声器件，本发明提供了以下技术方案：

4、一种医用全柔性超声器件，所述器件包括：超声发声层(即压电层)、双侧的打印电极层、外部柔性封装层；

5、超声发声层采用pvdf或其他有机压电聚合物等材料，外部柔性封装层采用ecoflex。首先确定超声发声层的厚度、发射面阵或线阵的三维尺寸、发射阵列规模，再通过周围的ecoflex包裹定位；

6、双侧的打印电极层采用银纳米颗粒导电液体，双侧的打印电极层的各路电极的形状采用岛-桥蛇形排布结构且双侧呈现正交排列；

7、对打印完成的电极部分进行高能量红外光固化，直至双侧电极均固化完毕，最后使用ecoflex进行一体化封装。

8、优选地，超声发声层的厚度根据不同器官为靶目标而定，可包括多种中心频率，即本发明可采用多种厚度，包括浅表层器官的7.5-10mhz或深层器官的3-5mhz。

9、优选地，双侧的打印电极层也可以是在一侧选择共一极，在另一侧使用单元分立采集；也可采用上下两侧呈现正交排布的电极形式，从而实现行列选址式的控制。

10、优选地，电极采用电场辅助的热喷墨或气溶胶喷射打印，以拉出方式从液锥顶端产生极细的射流，并沉积在目标基底上形成银质纳米颗粒制成的柔性电极，根据不同的打印喷头，以及控制喷头的移动速度，使电极层线宽度可降低至10μm。

11、优选地，固化采用红外聚焦光束，由光固化诱发链式聚合反应，并且保持器件温升上限严格控制于居里温度以下，最终得到的银质导线的电导率可达大于107s·m-1。

12、优选地，红外辐射固化辐射波长在1000纳米至3000纳米之间，并且使用高能量密度光束，降低固化时间的同时，不引起目标基底的温度极速升高。

13、优选地，将超声发声层放入3d打印机的样品夹持台上，并开始打印各路电极，在完成单侧电极打印之后，使用红外聚焦光束发生器进行电极部分的固化，在打印机样品夹持台的真空夹持翻转装置的辅助下，对已经制成的工件翻面，重复上述操作直至双侧电极均打印并固化完成。

14、一种银纳米颗粒导电液体的制备方法，所述方法包括：

15、步骤1：制备聚苯胺(pani)增强型银纳米颗粒导电液体，选用ecoflex作为树脂基体，在树脂基体中加入银纳米颗粒，银纳米颗粒的质量分数为50％-75％；

16、步骤2：将质量分数0.5％的聚苯胺寡聚体(panis)与上步骤所制得的液体混合，其目的是为了增加柔性器件电极部分的机械耐久性；

17、步骤3：使用真空泵排除混入上述导电液中的残存气体，抽真空时间为30-60分钟；再使用超声将导电液中的各组分混合在一起，超声时间为30-60分钟；

18、步骤4：使用离心机将聚苯胺和银纳米颗粒较为均匀地分散在浆料中，离心机转速为2500转/分钟，共计离心3-5分钟。

19、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种银纳米颗粒导电液体的制备方法。

20、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种银纳米颗粒导电液体的制备方法

21、本发明具有以下有益效果：

22、本发明使电极层线宽度可降低至10μm，这使得大规模阵列的制造成为可能。在红外光辅助下对电极进行固化，最终得到的银质电极导线的电导率可大于107s·m-1。本发明还提供的全柔性超声器件的超声发生层以及封装层材料的选择，既提升了器件全面的柔性，又保证其性能不受反复弯折的影响。此外，本发明描述的方法尽可能多地使用非人工操作，意在保证制造效率的同时，提高不同加工批次间的制造一致性。

23、本发明中描述的柔性压电敏感材料使用的是pvdf或其相关多聚物p

24、(vdf-trfe-cfe)。其均表现出良好的介电，压电，热电等特性。与常规压电材料(如陶瓷型压电材料)比较，其频率响应范围宽，力点转换的敏感性高，机械性能好，机械强度高，声阻抗易于与人体相配合，且质轻、柔软、不脆，耐冲击等优点，且易于加工成各种形状以及弯曲成不同弧度等优点。

技术特征：

1.一种医用全柔性超声器件，其特征是：所述器件包括：超声发声层、双侧的电极层、外部柔性封装层；

2.根据权利要求1所述的医用全柔性超声器件，其特征是：

3.根据权利要求2所述的一种医用全柔性超声器件，其特征是：

4.根据权利要求3所述的医用全柔性超声器件，其特征是：

5.根据权利要求4所述的医用全柔性超声器件，其特征是：

6.根据权利要求5所述的医用全柔性超声器件，其特征是：

7.根据权利要求6所述的医用全柔性超声器件，其特征是：

8.一种银纳米颗粒导电液体的制备方法，其特征是：所述方法包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求8的方法。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征是：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8的方法。

技术总结
本发明是一种医用全柔性超声器件。本发明涉及柔性器件技术领域，本发明所述器件包括：超声发声层、双侧的电极层、外部柔性封装层。本发明使电极层线宽度可降低至10μm，这使得大规模阵列的制造成为可能。在红外光辅助下对电极进行固化，最终得到的银质电极导线的电导率可大于10<supgt;7</supgt;S·m<supgt;‑1</supgt;。本发明还提供的全柔性超声器件的超声发生层以及封装层材料的选择，既提升了器件全面的柔性，又保证其性能不受反复弯折的影响。此外，本发明描述的方法尽可能多地使用非人工操作，意在保证制造效率的同时，提高不同加工批次间的制造一致性。

技术研发人员：张甲,李宇阳,陈佳泰,李星奇
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25