本發(fā)明涉及電聲器件領(lǐng)域，尤其是涉及一種聲渦旋場發(fā)射器及制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著人口的迅速增長，健康問題成為了科技發(fā)展必須遵循的價(jià)值導(dǎo)向之一，推動(dòng)了微生物學(xué)、分子生物學(xué)和生化分析等重要生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的開拓與發(fā)展。在這些研究領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)對(duì)微?；蚣?xì)胞的精確非接觸操控具有重大意義。超聲波具有較強(qiáng)的穿透性，可以在非接觸前提下無損地穿透生物組織操控物體，這一優(yōu)勢使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有更好的應(yīng)用前景?；诔暡ǖ姆蔷€性傳播，靈活調(diào)控聲場，利用聲輻射力與聲流實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)粒子或粒子群的自由調(diào)控。

2、如公開號(hào)為cn105750181a的發(fā)明公開了一種利用聲學(xué)超材料產(chǎn)生聲渦旋場的裝置，包括同軸的至少兩層圓柱面，相鄰圓柱面之間形成管道，每層圓柱面朝向軸線的一面上沿軸向分布有若干個(gè)圓環(huán)狀的型腔，型腔面向軸線的一側(cè)設(shè)有圓環(huán)狀的開口，在軸線上均勻分布有若干個(gè)連接板，連接板的一端位于最外層的圓柱面上，連接板將圓環(huán)狀的型腔分割為若干個(gè)扇形腔體。本發(fā)明利用聲學(xué)超材料產(chǎn)生聲渦旋場的裝置，當(dāng)一個(gè)不具有軌道角動(dòng)量分布的原始聲場入射時(shí)，操控在結(jié)構(gòu)中等效的波數(shù)，能夠使出射的聲場具有所需要的角動(dòng)量分布，產(chǎn)生聲學(xué)渦旋場。

3、但是，上述現(xiàn)有的渦旋超聲發(fā)射器的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，制造相對(duì)困難，且結(jié)構(gòu)較為固定、不靈活

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在裝置制備相對(duì)困難以及結(jié)構(gòu)不靈活的缺陷而提供一種聲渦旋場發(fā)射器及制備方法。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本方案提供了一種聲渦旋場發(fā)射器，包括駐極體薄膜和基板；

4、所述基板的一端設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)凹槽，用于為聲源面引入相位差，所述駐極體薄膜固定在基板設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)凹槽的一端，所述駐極體薄膜面向凹槽的一端帶有電荷，所述駐極體薄膜遠(yuǎn)離基板的一端設(shè)有導(dǎo)電電極，所述基板提供另一電極。

5、優(yōu)選地，所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽為菲涅爾螺旋結(jié)構(gòu)。

6、本方案還提供了一種聲渦旋場發(fā)射器的制備方法，包括以下步驟：

7、以駐極體薄膜作為發(fā)射器的振動(dòng)膜和儲(chǔ)電膜，在駐極體薄膜的一側(cè)蒸鍍導(dǎo)電電極，作為發(fā)射器的上電極；

8、對(duì)駐極體薄膜的未覆蓋電極的一側(cè)進(jìn)行極化處理，使駐極體薄膜未覆蓋電極的一側(cè)帶有單極性過剩電荷；

9、在基板上制備螺旋結(jié)構(gòu)凹槽，將極化后的駐極體薄膜固定在基板帶有螺旋結(jié)構(gòu)凹槽的一側(cè)。

10、優(yōu)選地，所述基板為金屬材料，所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽通過金屬蝕刻制備，所述基板作為發(fā)射器的下電極。

11、優(yōu)選地，所述基板為非金屬材料，所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽和基板一體成型，并通過3d打印制備；

12、所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽的底部進(jìn)行導(dǎo)電化處理，作為發(fā)射器的下電極。

13、優(yōu)選地，所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽的底部通過噴涂或?qū)щ娔z帶進(jìn)行導(dǎo)電化處理。

14、優(yōu)選地，所述駐極體薄膜的上導(dǎo)電電極與駐極體薄膜的形狀和尺寸相同。

15、優(yōu)選地，所述駐極體薄膜的上導(dǎo)電電極為與螺旋結(jié)構(gòu)凹槽的形狀相對(duì)應(yīng)的圖案化電極。

16、優(yōu)選地，所述駐極體薄膜的未覆蓋電極的一側(cè)通過電暈極化進(jìn)行極化處理。

17、優(yōu)選地，所述駐極體薄膜通過粘膠固定在基板上。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

19、(1)本方案中駐極體薄膜是一種能長期保持極化狀態(tài)并能在其周圍空間激發(fā)穩(wěn)定、持久靜電場的一類功能電介質(zhì)材料。將駐極體薄膜固定在基板上后，此時(shí)會(huì)在裝置的下電極產(chǎn)生與駐極體表面過剩電荷極性相反的感應(yīng)電荷。當(dāng)在上電極和下電極間施加一定頻率的正弦電信號(hào)時(shí)，由于電場變化引起單極性駐極體薄膜的振動(dòng)，在空間中激發(fā)出超聲波。受螺旋形凹槽結(jié)構(gòu)的幾何形狀影響，聲源面直接引入相位差，產(chǎn)生渦旋聲場。

20、與傳統(tǒng)產(chǎn)生渦旋聲場的裝置相比，本發(fā)明所提出的裝置結(jié)構(gòu)簡單，螺旋形凹槽結(jié)構(gòu)易于制備且靈活可控；除此之外，所使用的駐極體薄膜較為輕便，易大面積成膜，制備工藝簡單，易于裁剪，可靈活控制尺寸；同時(shí)，基于駐極體薄膜的超聲發(fā)射器具有高靈敏度和與空氣相當(dāng)?shù)牡吞匦月曌杩梗€具有較寬的頻率響應(yīng)，是一種理想的空氣耦合寬頻超聲發(fā)射器。

21、(2)本方案中帶有螺旋結(jié)構(gòu)凹槽的基板易于制備，且可根據(jù)需求靈活改變螺旋結(jié)構(gòu)尺寸與螺旋臂數(shù)，從而靈活調(diào)控聲場；基于駐極體薄膜的超聲發(fā)射器具有較寬的工作頻率，可通過改變激發(fā)頻率準(zhǔn)確連續(xù)地調(diào)整焦距，聲場調(diào)控范圍寬；超聲發(fā)射器的整體制備簡單，結(jié)構(gòu)靈活可變。

22、(3)本方案中基于駐極體薄膜的超聲發(fā)射器器件靈敏度高、聲阻抗低，制備工藝簡單，在空氣耦合超聲換能器領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景；駐極體薄膜輕便，所述的產(chǎn)生渦旋聲場的超聲發(fā)射器整體器件體積較小，應(yīng)用場景廣泛；相比于傳統(tǒng)技術(shù)手段，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用性。

技術(shù)特征：

1.一種聲渦旋場發(fā)射器，其特征在于，包括駐極體薄膜(1)和基板(3)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聲渦旋場發(fā)射器，其特征在于，所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽(2)為菲涅爾螺旋結(jié)構(gòu)。

3.一種基于權(quán)利要求1或2任一所述的一種聲渦旋場發(fā)射器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述基板(3)為金屬材料，所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽(2)通過金屬蝕刻制備，所述基板(3)作為發(fā)射器的下電極。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述基板(3)為非金屬材料，所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽(2)和基板(3)一體成型，并通過3d打印制備；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述螺旋結(jié)構(gòu)凹槽(2)的底部通過噴涂或?qū)щ娔z帶進(jìn)行導(dǎo)電化處理。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述駐極體薄膜(1)的上導(dǎo)電電極與駐極體薄膜(1)的形狀和尺寸相同。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述駐極體薄膜(1)的上導(dǎo)電電極為與螺旋結(jié)構(gòu)凹槽(2)的形狀相對(duì)應(yīng)的圖案化電極。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述駐極體薄膜(1)的未覆蓋電極的一側(cè)通過電暈極化進(jìn)行極化處理。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述駐極體薄膜(1)通過粘膠固定在基板(3)上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種聲渦旋場發(fā)射器及制備方法，該發(fā)射器包括駐極體薄膜和基板；所述基板的一端設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)凹槽，用于為聲源面引入相位差，所述駐極體薄膜固定在基板設(shè)有螺旋結(jié)構(gòu)凹槽的一端，所述駐極體薄膜面向凹槽的一端帶有電荷，所述駐極體薄膜遠(yuǎn)離基板的一端設(shè)有導(dǎo)電電極，所述基板提供另一電極。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有制備簡單，結(jié)構(gòu)靈活，有利于產(chǎn)生更穩(wěn)定、更易調(diào)控的渦旋聲場等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張曉青,胡倩倩,陳敏,李琦,薛明,王新剛,茍玉虎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10