一种声学薄膜制备方法及其产品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于薄膜加工技术领域，更具体地，涉及一种声学薄膜制备方法及其产品。
【背景技术】
[0002] 声波是一种由声源振动产生的机械波，声波传播的空间为声场，声音在气体和液 体介质中传播时是一种纵波，但在固体介质中传播时可能混有横波。人耳可以听到的声波 的频率一般在20Hz至20000Hz之间。低于20Hz的是次声，高于20kHz的是超声。不同频 段的声波在实际应用过程中有着不同的用途，次声在地声勘探方面，超声在无损检测、超声 成像等方面有着重要用途。
[0003] 声波在空气传播的时会引起空气密度发生疏密变化，引起空气压力成周期变化； 检测声波的有效方法就是利用空气压力的这种周期性变化，通过薄膜换能，将声音振动转 换为电信号或光信号，通过检测电信号或者光信号达到检测声音信号的目的；现有技术中 常用的声波频率探测手段是使用电容式或压电式薄膜换能，由薄膜感应其两侧微弱的压力 差，薄膜形变引起薄膜电容和电压发生变化，这种电信号变化和声信号变化一致；电容式或 电压式薄膜要求薄膜材料必须具有电容性或者压电性，对材料的选择性比较高，而且这种 材料不能用于高磁场、高电磁的场合。
[0004] 最近几年光纤传声器得到了广泛的研究，特别是基于FP干涉的声传感技术的部 分性能与压电或电容式的相当，具有体积小、动态范围广、抗电磁干扰可，抗恶劣环境等特 点。FP传声器薄膜不要求其具有压电或电容性，各种材料都可用于制备声学薄膜，如银膜、 硅膜、石墨烯膜、聚合物薄膜、糖基薄膜等；声学薄膜的灵敏度与薄膜厚度的三次方成反比， 与薄膜半径的四次方成正比；考虑到传感器的尺寸，声学薄膜的厚度往往比较小，在微米甚 至纳米级别，增加薄膜的半径较难，薄膜的制备工艺也复杂，成本高，对低频响应低，声学薄 膜的制备是声传感器发展的一个难点。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种声学薄膜制备方法及其 产品，提高了制备得的声学薄膜的探测频率范围及响应灵敏度。
[0006] 为实现本发明目的，按照本发明的一个方面，提供了一种声学薄膜制备方法，具体 如下：
[0007] (1)往试管内注入液态紫外胶，将空心不锈管末端浸入液态紫外胶中；
[0008] (2)将空心不锈钢管在液态紫外胶中静置Is~60s，直至空心不锈钢管与液态紫 外胶接触的内侧均匀布满液态紫外胶；
[0009] (3)将空心不锈钢管沿竖直向上方向，以不大于lmm/s的速度缓慢地从液态 紫外胶中取出；液态紫外胶因其自身表面张力，在空心不锈钢管的末端形成一层厚度为 2.lum~8.lum、直径为0? 11mm~2. 61mm的均勾紫外胶薄膜；
[0010] 制备成的声学薄膜的厚度由空心不锈钢管插入液态紫外胶的深度和空心不锈钢 管的直径决定，直径由空心不锈钢管的内直径决定；
[0011] (4)采用紫外光照射步骤（3)形成的紫外胶薄膜，使其固化，获得声学薄膜。
[0012] 优选的，液态紫外胶型号为3MRITE-LOKUV-65 ;该紫外胶在液态时表面张力大， 固化所需时间短，固化后不收缩，强度大，形成的声学薄膜稳定均匀。
[0013] 优选的，制备声学薄膜采用的空心不锈钢管的内直径为1mm~3mm;若空心不锈钢 钢管的内直径超过3_，制备得的声学薄膜太薄，易被其自身表面张力拉破；若空心不锈钢 管的内直径小于1_，制备得到的声学薄膜厚度不均匀。
[0014] 优选的，空心不锈钢管的管壁厚度为0. 1mm~1mm;若管壁厚度小于0. 1mm，空心不 锈钢管容易变形，不利于实际使用；若管壁厚度大于1mm，将增加声学薄膜的不均匀区域， 将降低制备得的声学薄膜的声学特性。
[0015] 优选的，步骤（1)中，空心不锈钢管在液态紫外胶里的浸没深度为0.5_~2_。
[0016] 优选的，步骤（3)中自液态紫外胶里取出空心不锈钢管的速度不大于lmm/s，在该 速度下取出空心不锈钢管对薄膜厚度的影响最小。
[0017] 优选的，步骤（4)中，采用紫外灯照射，照射时间为10分钟，使得紫外胶在紫外灯 发出的紫外光照射下完全固化，获得声学薄膜。
[0018] 为实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种基于上述制备方法获得 的声学薄膜，材料为紫外胶，厚度为2.lum~8.lum，直径为0. 11mm~2. 61mm;其声波频率 响应范围为〇? 025Hz~25000Hz，灵敏度为50mv/pa~100mv/pa〇
[0019] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0020] (1)本发明提供的声学薄膜制备方法，与传统薄膜制备相比，不需要化学刻蚀，机 械旋涂，精密加工技术；具有制备方法简单，成本低廉的特点，易于快速大批量生产。
[0021] (2)通过本发明提供的制备方法制备得的声学薄膜，表面光滑、稳定，直径为 0? 11mm~2. 61mm，厚度为2.lum~8.lum;其直径大小比上厚度大小的值很大，具有很好的 声学特性，在0. 025Hz~25000Hz的声波频率范围内具有很好的响应度，灵敏度可达50~ 100mv/pa，静态压力灵敏度高达6um/pa〇
【附图说明】
[0022] 图1为本发明提供的声学薄膜制备流程示意图；
[0023]图2为采用本发明提供的制备方法制备成的声学薄膜的纵截面图；
[0024] 图3为本发明的声学薄膜的形成原理图；
[0025] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中，1-空心不锈钢 管，2-试管，3-液态紫外胶，4-紫外灯，5-紫外胶薄膜。
【具体实施方式】
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0027] 图1所示是本发明实施例1提供的声学薄膜制备方法的流程图，包括以下步骤：
[0028] (1)如图1中（a)所示，往洁净的试管内注入5ml的液态紫外胶3,将洁净空心不 锈管1插入液态紫外胶3中1mm深度处；采用的空心不锈钢管1的内直径为2. 5mm，管壁厚 0. 20mm；
[0029] (2)如图1中（b)所示，将空心不锈钢管1在液态紫外胶3中静置45s直至空心不 锈钢管1的内侧均匀布满液态紫外胶3 ;
[0030] (3)如图1中（c)所示，将空心不锈钢管1沿竖直向上方向，缓慢地从液态紫外胶 3中取出，提出的速度为0.lmm/s;
[0031] 液态紫外胶3因其自身表面张力，在空心不锈钢管1的末端形成一层厚度为 3. 5um、直径为2. 10mm的均勾紫外胶薄膜；
[0032] 制备成的声学薄膜的厚度由空心不锈钢管1插入液态紫外胶3的深度和空心不锈 钢管1的内直径决定，制备成的声学薄膜的半径由空心不锈钢管1的内直径决定；
[0033] (4)采用紫外灯4照射步骤（3)所形成的紫外胶薄膜，照射时间为10分钟，使其完 全固化，形成固化的紫外胶薄膜5 ;
[0034] 这种薄膜可以用作为光纤式法布里珀罗型声学传感器的传感薄膜；当外界声压作 用在薄膜上时会引起薄膜的震动，薄膜中心位置发生变化会导致法布里珀罗干涉的腔长发 生变化，腔长发生变化进而引起法布里珀罗干涉的放射光功率发生变化，通过检测放射功 率的变化就可以检测到声信号的频率和声压大小；薄膜形变越大，反射功率变化越明显，传 感器灵敏度越大。对于一个边缘张紧的薄膜，在声压P作用下，薄膜中心形变大小为：
[0035]
[0036] 其中r为薄膜的半径，t为薄膜的厚度，E为薄膜材料的杨氏模量，y为薄膜材料 的泊松比；从上式可以分析出，薄膜的r/t值越大薄膜形变越大，传感器的灵敏度越大。
[0037] 薄膜的谐振频率为
其中P为薄膜材料的密度，薄膜的 谐振频率越大，薄膜对声音的响应区间越大；但薄膜的r/t值越大，薄膜的谐振频率越小， 传感器对声音的频率响应范围小，声传感器要选择合适的r/t值。
[0038] 本发明提供的固化的紫外胶薄膜5的厚度均匀，表面光滑，其光放射率为6%~ 10%;具有合适的r/t值，在保证传感器具有高灵敏度的同时，具有加高的谐振频率，对声波 频率响应范围大，最低可响应0.025HZ的次声信号，最高能够响应25kHz的超声信号，响应 灵敏度为50~1000mv/pa;可用于制备FP干涉型声波传感器的声学薄膜。
[0039]固化的紫外胶薄膜5的厚度均匀，表面光滑，其光放射率为6%~10%;具有半径 大、厚度薄、弹性大