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光电信息学院传感器所超声换能器研究获得最新进展

作者: 时间:2018-03-12 点击数:

本报讯(通讯员 杨组)最近,光学与电子信息学院传感器所杨晓非教授团队的朱本鹏教授指导研究生吴越等人,在《纳米能量》(Nano Energy影响因子12.343)上发表了题为“Multilayered carbon nanotube yarn based optoacoustic transducer with high energy conversion efficiency for ultrasound application”(46, 314-321, 2018)的学术论文。华中科技大学为论文的第一单位,吴越为共同第一作者,朱本鹏教授是论文的通讯作者。

传统的超声换能器是电驱动器件,依靠材料的压电与逆压电特性,实现“电”与“声”之间的能量和信息的交互。光致超声换能器属于光驱动器件,遵循光-热-声的能量转化关系,依靠脉冲激光照射光致超声材料产生超声信号。同压电型器件相比,光致超声换能器单元尺寸可以更小,且器件单元间无串扰,还不用考虑繁琐的“电连接”问题,因此其在声学器微型化和阵列化方面具有很大的优势。文中,研究者利用多层碳纳米管布,研制出一种基于Au-CNT yarn-PDMS/PMDS结构的新型光致超声换能器。研究表明,Au纳米颗粒修饰达到了增强光吸收的效果,当激光照射在界面处的金纳米颗粒时会产生表面等离子体局域效应(LSPR),光能转化成热能得益于金属的光电发射过程,光子被吸收后金属表面电子被激发,产生电子和空穴两种载流子,在急速弛豫过程后,载流子将能量以热量的方式释放,加热自身及周围环境,从而极大地提高了换能器的光吸收能力。另外,值得一提的是freestanding的器件结构,由于没有衬底,可以减小“振动抑制”,从而可以进一步提高光致超声换能器的输出声压值。该换能器的光声转化效率达到了2.74×10-2,这是目前报道的最大值。研究者还成功将光致超声用于微粒操控研究,实现了对50mm小球的操控。这为今后超声换能器设计与研制,以及生物医学超声应用研究提供了新思路。

上述工作已经得到了材料科技媒体网站——材料牛的关注与报道(http://www.cailiaoniu.com/128287.html),研究生吴越也因该工作获得了Lam research华中科技大学微电子论文奖学金一等奖。此研究还得到了国家自然科学基金科学仪器研制项目、国家自然科学基金面上项目和湖北省杰出青年基金的支持。

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