초록 ▼

일반적인 구조의 의료용 초음파 탐촉자는 내부의 압전세라믹과 인체간의 큰 음향 임피던스 차이에 의해 설계, 제작상에 많은 어려움을 초래한다. 본 연구에서는 순수 압전세라믹에 비해 동등이상의 압전특성을 가지면서도 음향임피던스가 월등히 낮은 1-3형 압전복합체를 이용한 탐촉자의 개발에 관해 연구하였다. 압전복합재료 탐촉자는 그 자체만으로 측정대상체와의 음향임피던스 차를 최소화하여 별도의 정합층을 필요로 하지않는 특징을 가진다. 이를 위하여 본 연구에서는 복합재료에 사용되는 고분자재료의 물성값 설계와, 압전세라믹과의 적절한 배합구조와 형상

일반적인 구조의 의료용 초음파 탐촉자는 내부의 압전세라믹과 인체간의 큰 음향 임피던스 차이에 의해 설계, 제작상에 많은 어려움을 초래한다. 본 연구에서는 순수 압전세라믹에 비해 동등이상의 압전특성을 가지면서도 음향임피던스가 월등히 낮은 1-3형 압전복합체를 이용한 탐촉자의 개발에 관해 연구하였다. 압전복합재료 탐촉자는 그 자체만으로 측정대상체와의 음향임피던스 차를 최소화하여 별도의 정합층을 필요로 하지않는 특징을 가진다. 이를 위하여 본 연구에서는 복합재료에 사용되는 고분자재료의 물성값 설계와, 압전세라믹과의 적절한 배합구조와 형상의 결정에 설계의 주안점을 두었다. 그 결과를 바탕으로 압전복합체 초음파 트랜스듀서 시작품을 제작하고 그 성능을 분석하였으며, 이론적인 시뮬레이션 결과와의 비교를 통해 설계이론의 타당성을 검증하였다.
제작된 압전복합재료 탐촉자와 정합층과 후면층을 가지는 전형적인 탐촉자의 성능을 비교한 결과, 복합재료 탐촉자의 성능이 단일 압전세라믹으로 구성된 탐촉자에 비해서는 월등히 우수하였고, 정합층과 후면층을 가진 전형적인 탐촉자에 비해 감도면에서는 대등한 성능을 나타내었으나 대역폭과 반사파의 소멸시간의 단축면에서는 낮은값을 나타내었다. 또한 그 제작기법상의 관점에서 볼 때, 전형적인 탐촉자는 압전세라믹의 음향임피던스와 매질의 음향임피던스간의 부정합을 해소하기 위한 정합층을 별도로 설계, 제작하여야 함에 따라 그 설계의 복잡성과 제작시의 공정오차를 줄이는 것에 한계가 있고, 또한 제작자와 제작환경에 따른 오차변수가 커 동일한 성능을 가지는 탐촉자의 대량생산이 매우 어렵다. 반면 복합재료 압전체를 이용한 탐촉자는 최종적으로 구현하고자 하는 음향임피던스값이 정해지면 본 연구의 압전복합재료 조성관계식을 이용, 동일한 물성을 가지는 고분자 모재를 쉽게 제조할 수 있어 탐촉자의 재현성을 구현하기가 월등히 용이하고, 그 제작오차 또한 전형적인 탐촉자 대비 줄어들 수 있다는 장점이 본 연구에서 수행된 시작품 제작과정을 통하여 확인되었다.

Abstract ▼

Traditional ultrasonic transducers for medical applications used to have a lot of problems in their design and fabrication due to the big difference in acoustic impedances of the piezoceramic in them and of a human body. In this study, we have investigated on the development of ultrasonic transducer

Traditional ultrasonic transducers for medical applications used to have a lot of problems in their design and fabrication due to the big difference in acoustic impedances of the piezoceramic in them and of a human body. In this study, we have investigated on the development of ultrasonic transducer with 1-3 mode piezocomposites that have better piezoelectric activity and lower acoustic impedance than those of conventional piezoceramics. The piezocomposite ultraconic transducer can solve the traditional acoustic impedance mismatching problems without the help of matching layers. In this study we have designed optimal material properties of the piezocomposite, and volume fraction and geometric shape of the piezoceramic. Based on the results, we have fabricated piezocomposite ultraconic transducer prototypes, measured their performance, and verified validity of the design theory through comparison with theoretical simulation results.
Comparison of the performance of conventional ultrasonic transducers with that of piezocomposite ultrasonic transducers shows that the piezocomposite transducers are much better than the conventional types in their overall properties. In the sensitivity, both types are quite comparative, however, in the bandwidth and ringdown time, the piezocomposite transducers are superior. In view of the fabrication process, the ultrasonic transducers are much more complicated because of the difficulty in design and realization of the matching layers, and thus in repeatability of the transducers. The piezocomposite transducers, however, are much easier in that, once desired acoustic impedance of the composite is given, a corresponding composite structure can be easily designed and fabricated by the method developed in this study, thus higher repeatability.

목차 Contents

• 표지...1
• 목차...2
• 제출문...3
• 2. 연구계획서 요약문...4
• 3. 연구내용...5
• 가. 연구결과 요약문(국.영문)...5
• 나. 서론...7
• 다. 연구방법 및 이론...9
• 1절. 압전재료...9
• 2절. 세라믹-고분자 압전복합체...11
• 라. 결과 및 고찰...14
• 1절. 압전복합체의 최적구조 설계...14
• (1). 모재의 물성...14
• (2). 혼합 부피비...14
• (3). 삽입재의 단면형상...15
• 2절. 세라믹, 고분자 시험편 제작 및 음향특성 측정...15
• (1) 모재의 물성...15
• (2) PZT 물성...17
• 3절. 압전복합체 시험편 제작 및 음향특성 측정...18
• (1) 시험편 제작...18
• (2) 음향특성 측정...18
• 4절. 압전복합재료 초음파 탐촉자 시작품 제작...29
• (1) 시작품 제작...29
• (2) 성능평가...29
• (2)-1. 컴퓨터 시뮬레이션 해석...29
• (2)-2. 실험 및 고찰...30
• 마. 결론...38
• 바. 인용문헌...39
• 논문발표 목록서...40
• 자체평가서...41