本發(fā)明涉及匹配層材料，具體而言，涉及一種增強抗干擾能力的聲匹配層及其制備方法和超聲波傳感器。

背景技術：

1、超聲波傳感器構成為，將具有一定聲阻抗的聲匹配層置于壓電陶瓷與被檢測物體的中間的，從而提高超聲波的透射效率，提高檢測靈敏度。在作為氣體傳感器使用的超聲波傳感器中，為了提高超聲波的收發(fā)效率，要求所述聲匹配層為低密度。

2、因此，現(xiàn)有的聲匹配層一般是采用環(huán)氧樹脂、空心玻璃微球作為填料進行混合，通過固化處理后做為聲匹配層使用，以調(diào)節(jié)聲音的反射、吸收和擴散特性，改善室內(nèi)聲環(huán)境；一般要求密度優(yōu)選為0.20～0.80g/cm3，所以填料都為了減輕重量無法添加密度較高的導電材料。但是，若僅通過空心玻璃微球與環(huán)氧樹脂共混的方式，所制備的聲匹配層致密性差，導致超聲波在空氣中散射衰減嚴重。

技術實現(xiàn)思路

1、基于上述問題，本發(fā)明致力于改善空心玻璃微球和環(huán)氧樹脂之間的相容性，以提高聲匹配層材料的致密性能；具體地，本發(fā)明通過對空心玻璃微球進行表面改性，能夠有效提高基體與填充物之間的相容性；因此，本發(fā)明的目的在于提供一種增強抗干擾能力的聲匹配層及其制備方法和超聲波傳感器。

2、本發(fā)明的實施方式通過以下技術方案實現(xiàn)：

3、一種增強抗干擾能力的聲匹配層，按重量份數(shù)計，包括：改性空心玻璃微球10-20份、環(huán)氧樹脂50-90份、二氧化硅納米粒子15-30份、氧化鋁粉10-20份、固化劑1-5份。

4、進一步地，所述改性空心玻璃微球為酰胺化改性的空心玻璃微球。

5、進一步地，所述改性空心玻璃微球的制備方法，包括以下步驟：

6、1)、羥基化空心玻璃微球：將鍍鎳空心玻璃微球加入到堿性溶液中，將得到的懸濁液用去離子水清洗、抽濾后，在50-100℃下干燥10-12h，即得到羥基化鍍鎳空心玻璃微球；

7、2)、氨基化空心玻璃微球：將步驟1)制得的羥基化空心玻璃微球溶解于有機溶劑中，然后加入聚乙烯亞胺和偶聯(lián)劑，使氨基附著于羥基化空心玻璃微球表面；將得到的混合物通過去離子水清洗抽濾3次，并在50-100℃下干燥3-8h，即得到氨基化鍍鎳空心玻璃微球；

8、3)、將步驟2)制得的氨基化鍍鎳空心玻璃微球和聚甲基丙烯酸甲酯-聚酰胺共聚物溶解于有機溶劑(如二甲基亞砜)中，并在50-100℃下攪拌1-5h，此氨基化空心玻璃微球和聚甲基丙烯酸甲酯-聚酰胺共聚物間通過酰胺化反應形成了穩(wěn)定的酰胺鍵。產(chǎn)物經(jīng)有機溶劑(如二甲基亞砜)清洗抽濾3次以去除殘留單體，并在50-100℃下干燥10-12h，即得改性空心玻璃微球。

9、本發(fā)明首先制備了羥基化空心玻璃微球，再利用羥基化空心玻璃微球上的羥基與偶聯(lián)劑發(fā)生反應，從而使得羥基減少，并與含有大量氨基基團的聚乙烯亞胺反應，使氨基附著于羥基化空心玻璃微球表面，得到氨基化鍍鎳空心玻璃微球，最后利用聚甲基丙烯酸甲酯-聚酰胺共聚物接枝到氨基化鍍鎳空心玻璃微珠表面，對其進行酰胺化，酰胺鍵中的氮原子通過孤對電子與羰基中的碳原子形成了共軛結構，其化學鍵穩(wěn)定性得到提升，因此結合能得以提高；且在空心玻璃微珠表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯-聚酰胺共聚物后，能夠以成環(huán)或成鏈的方式由空心玻璃微珠表面向外延伸，從而與環(huán)氧樹脂基體中的高分子鏈段形成纏結效應，因此可顯著提高低密度空心玻璃微珠在高密度環(huán)氧樹脂基體中的分散性，從而提高了空心玻璃微珠與環(huán)氧樹脂之間的相容性。

10、進一步地，所述偶聯(lián)劑包括但不限于：硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸鹽偶聯(lián)劑、有機偶聯(lián)劑、聚酰胺偶聯(lián)劑。

11、進一步地，所述固化劑為酚醛胺環(huán)氧固化劑，如t-31固化劑；或甲基六氫鄰苯二甲酸酐。

12、一種增強抗干擾能力的聲匹配層的制備方法，包括以下步驟：

13、將環(huán)氧樹脂加熱(30-50℃)后，以提高膠體的流動性，然后加入稀釋劑(如：丙酮)和固化劑(如t-31固化劑)，并充分攪拌，然后加入二氧化硅納米粒子、氧化鋁粉、改性空心玻璃微球，并充分攪拌，并在50-100℃下加熱5-10h，使改性后的空心玻璃微球與環(huán)氧交聯(lián)聚合反應完全；即得到聲匹配層。

14、一種超聲波傳感器，包括上述所述的聲匹配層。

15、本發(fā)明實施方式的技術方案至少具有如下優(yōu)點和有益效果：

16、1、本發(fā)明在氨基化鍍鎳空心玻璃微珠表面接枝聚甲基丙烯酸甲酯-聚酰胺共聚物后，能以成環(huán)或成鏈的方式由空心玻璃微珠表面向外延伸，從而與環(huán)氧樹脂基體中的高分子鏈段形成纏結效應，因此可顯著提高低密度空心玻璃微珠在高密度環(huán)氧樹脂基體中的分散性，從而提高了空心玻璃微珠與環(huán)氧樹脂之間的相容性，進而提高了聲匹配層材料的致密性能，既能滿足超聲波傳感器的低密度和導電性，又可以起到提高超聲波傳感器靈敏度和屏蔽的作用，起到提高靈敏度和抗干擾作用。

技術特征：

1.一種增強抗干擾能力的聲匹配層，其特征在于，按重量份數(shù)計，包括：改性空心玻璃微球10-20份、環(huán)氧樹脂50-90份、二氧化硅納米粒子15-30份、氧化鋁粉10-20份、固化劑1-5份。

2.根據(jù)權利要求1所述的增強抗干擾能力的聲匹配層，其特征在于，按重量份數(shù)計，包括：改性空心玻璃微球15-20份、環(huán)氧樹脂60-90份、二氧化硅納米粒子20-30份、氧化鋁粉15-20份、固化劑1-5份。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的增強抗干擾能力的聲匹配層，其特征在于，所述改性空心玻璃微球為酰胺化改性的空心玻璃微球。

4.根據(jù)權利要求3所述的增強抗干擾能力的聲匹配層，其特征在于，所述改性空心玻璃微球的制備方法，包括以下步驟：

5.根據(jù)權利要求4所述的增強抗干擾能力的聲匹配層，其特征在于，所述偶聯(lián)劑包括：硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸鹽偶聯(lián)劑、有機偶聯(lián)劑或聚酰胺偶聯(lián)劑中的任一中或幾種。

6.根據(jù)權利要求4所述的增強抗干擾能力的聲匹配層，其特征在于，所述固化劑為酚醛胺環(huán)氧固化劑或甲基六氫鄰苯二甲酸酐。

7.一種根據(jù)權利要求1-6任一項所述的增強抗干擾能力的聲匹配層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.一種超聲波傳感器，其特征在于，包括權利要求1-6任一項所述的聲匹配層。

技術總結
本發(fā)明涉及匹配層材料技術領域，提供了一種增強抗干擾能力的聲匹配層及其制備方法和超聲波傳感器，聲匹配層按重量份數(shù)計，包括：改性空心玻璃微球10?20份、環(huán)氧樹脂50?90份、二氧化硅納米粒子15?30份、氧化鋁粉10?20份、固化劑1?5份；其制備方法，包括以下步驟：將環(huán)氧樹脂加熱后，加入稀釋劑和固化劑，并充分攪拌，然后加入二氧化硅納米粒子、氧化鋁粉、改性空心玻璃微球，并充分攪拌，經(jīng)加熱后即得到聲匹配層；一種超聲波傳感器，包括上述的聲匹配層；本發(fā)明制備方法可提高聲匹配層材料的致密性能，既能滿足超聲波傳感器的低密度和導電性，又可以起到提高超聲波傳感器靈敏度和屏蔽的作用，起到提高靈敏度和抗干擾作用。

技術研發(fā)人員：歐貴彬,張湘赟,胡裕,劉柯江,饒宇,李銘
受保護的技術使用者：成都英薩傳感技術研究有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/22