超聲（US）設備在醫學成像和診斷中起著至關重要的作用。超聲設備的非電離特性和高穿透能力使其成為安全、無創和長時間檢查人體組織的理想工具。

據麥姆斯咨詢報道，近期，格拉茨工業大學（Graz University of Technology）等機構的研究人員展示了一種全印刷的單通道柔性超聲換能器，其通過噴墨和絲網印刷相結合的方式制備，具有快速、可定制和經濟高效等優勢。該超聲換能器能夠在常規醫療超聲系統帶寬頻率范圍內諧振，可以同時作為超聲發射器和接收器。研究人員在頻率為13.6 ± 0.6 MHz時實現了高于1 W cm?2的聲功率，與傳統鋯鈦酸鉛（PZT）超聲換能器的性能相當，有望應用于表皮和可穿戴電子產品。相關研究成果已發表于Advanced Materials Technologies期刊。

本研究提出的全印刷超聲換能器的制造及性能表征方法

這種超聲換能器的制造結合了兩種印刷方法——噴墨印刷用于制備銀電極，絲網印刷用于制備聚偏氟乙烯-三氟乙烯（P(VDF-TrFE)）壓電聚合物。研究人員通過調整液滴間距來控制銀電極的厚度，并密切控制厚度變化，以免影響超聲換能器的諧振行為。此外，由于采用手工絲網印刷可能伴隨一些技術問題，因此還采取了一些謹慎的策略。此項研究中，在優化的溫度（60°C）下，研究人員實現了光滑均勻的油墨層。單層P(VDF-TrFE)的厚度取決于油墨的固有性質（如粘度）和印刷參數。同時，絲網印刷的網孔數也限制了通過網孔的油墨量。因此，通過觸針式輪廓儀測量評估，得出基于油墨和絲網印刷制備的單層P(VDF-TrFE)的平均厚度約為2 ± 0.2 μm。

這種全印刷超聲換能器具有多種優勢，其中包括低彎曲半徑（約3.5 mm）、可印刷性以及致密厚度（約75 μm）。除了優異的材料特性外，該超聲換能器在頻率帶寬、諧振峰位置、聲功率以及發射和接收聲波的能力方面也具有優勢。由于材料成本低、制造過程相對簡單、非經常性投入較為適中，因此，這種具有成本效益的技術方法有望用于批量化生產。此外，所開發的極化工藝能夠實現約為100 V μm?1的高極化場，從而可獲得高Pr值（6.39 ± 1.16 μC cm?2）。

研究人員演示了該全印刷超聲換能器在醫療超聲領域中的應用，其諧振峰值最低約為14 MHz。此外，研究人員采用商用功率計來測量換能器的聲功率，結果表明，該超聲換能器實現了高于1 W cm?2的聲功率，可與傳統壓電陶瓷超聲換能器相媲美。此外，在此頻率下進行的聲發射和捕捉實驗，證明了這種全印刷超聲換能器能夠通過模擬人體組織的水凝膠材料，實現超聲信號的發射和接收。總的來說，這些結果證實了該全印刷超聲換能器在醫療超聲應用中的潛在適用性，例如連續超聲成像、心血管監測等。

全印刷超聲換能器的聲功率測量

全印刷超聲換能器在聲發射和捕捉實驗中的功能演示

總之，這項研究工作提出的制造策略成功實現了具有可調諧振特性的全印刷超聲換能器，通過結合噴墨和絲網印刷的方式，研究人員成功制備了具有可調厚度壓電層的超聲換能器。值得注意的是，這項研究工作首次展示了該全印刷超聲換能器在醫療超聲范圍（小于15 MHz）內的優異性能（聲功率高于1 W cm?2），未來有望應用于表皮和可穿戴電子產品。這些研究結果為柔性超聲換能器的進一步發展奠定了堅實的基礎。

審核編輯：劉清