碳納米管-聚二甲基硅氧烷的光聲特性

吳然然， 夏 慧， 張晶晶， 尋麗娜*， 孫直申， 李元園

1. 安徽大學電氣工程與自動化學院， 安徽 合肥 230601 2. 中國科學院電工研究所， 北京 100190 3. 北京工業大學信息學部信息與通信工程學院， 北京 100124

引 言

傳統的超聲傳感器多數是基于壓電效應的， 它在特定應用場合比如與磁場耦合應用中存在電磁干擾等問題。 基于光聲效應的超聲傳感器具有非接觸性、 非破壞性等特點， 在醫學、 工業等領域的成像和傳感中具有廣闊的應用前景[1-2]。 它的原理為脈沖激光照射在碳納米復合材料上， 通過材料瞬時吸熱膨脹產生高頻高壓超聲信號， 產生的超聲信號將在生物醫學物理治療、 無損檢測等領域發揮重要作用。 基于碳納米復合材料的光聲傳感器最關注的兩個指標是聲壓和頻率。 為了獲得高振幅的光聲信號， 通常是選擇具有良好吸光性和高熱膨脹系數的復合材料， 或者是增加入射激光的強度。 對于給定的材料， 它們的光致損傷系數決定了可產生的光聲信號的上限， 因此有必要對光聲特性進行詳細研究。

近年來， 光學超聲換能器得到飛速發展， 它彌補了壓電換能器的局限性。 激光-超聲換能器(laser induced ultrasonic transducer, LIU-T)是利用激光脈沖激勵碳納米復合材料產生超聲信號， 其中碳納米材料包括碳黑(CB)[4]、 碳納米管(CNT)[5]、 碳納米纖維(CNF)[6]、 蠟燭煙灰(CS)[7]、 還原氧化石墨烯(GO)[8])等等， 這些與金屬吸收劑(如Cr金屬薄膜(100 nm thickness))[9-10]、 微尺度吸光材料復合而有更高的吸光性能。

聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane， PDMS)因有較大的熱膨脹系數被生物醫學、 人造皮膚等領域作為彈性元件廣泛應用。……