用于高频超声传感器的水热PZT厚膜制备及自脱落研究

随着人类对皮肤、眼睛、血管、小动物器官等超声成像研究的逐渐增多，要求超声成像系统使用更薄的不带衬底的压电厚膜，以提高其工作频率和减小其噪声。本项目拟用水热法在钛衬底上生长出PZT压电厚膜，研究不同厚度PZT厚膜的残余应力、附着力；通过快速升温降温处理，研究不同厚度PZT厚膜从钛衬底上自脱落的机理；优化自脱落的工艺参数，使得厚度１０微米、面积不小于1cm×1cm的PZT厚膜从钛衬底上无损自脱落。这项研究工作对实现工作频率达到１００MHz的PZT厚膜超声传感器及其阵列研制，对提高超声成像系统的工作频率，更细致的研究人类及动物的微细器官、组织等有实际应用价值。同时，这对利用热应力的作用使厚膜从衬底上无损自脱落的前沿科学问题研究具有重要的意义。

近年来，人们对皮肤、眼睛、血管以及小动物器官的超声成像研究的关注逐渐增多，为了提高超声系统分辨率，就要求超声换能器的核心部件——压电厚膜更薄且不带衬底以提高工作频率和减小噪声。本项目创新地用油浴水热法在钛衬底上成功生长出不同厚度且成分在准同型相界附近PZT 压电厚膜，并研究了PZT膜厚度与其残余应力和附着力之间的关系。然后，通过快速退火炉，研究了不同厚度PZT 厚膜从钛衬底上自脱落的最佳条件；利用ANSYS软件模拟了自脱落过程。最后，实现了厚度10微米、面积大于1cm×1cm 的PZT厚膜从钛衬底上无损自脱落，所得厚膜的介电损耗在频率范围1kHz~1MHz内小于5%，剩余极化强度为10.7uC/cm2，机电耦合系数为0.43。本项目研究结果对研制频率大于100MHz 的PZT 厚膜超声换能器及其阵列，提高超声成像系统分辨率，以及更细致地研究人类及动物的微细器官、组织等有实际应用价值。同时，也对利用热应力的作用使厚膜从衬底上无损自脱落的科学问题研究具有重要的意义。