2022年西安声学学会“科技之春”学术活动

暨陕西省超声学重点实验室青年学者论坛交流工作安排

为搭建青年学者沟通桥梁，服务国家重大科技需求，促进学科交叉融合、科学普及与科技创新协同发展，支撑西安声学学科高质量发展，展示声学领域科学研究新理念、新技术等前沿成果，拟于2021年4月9日在陕西师范大学长安校区举办“2022年西安声学学会科技之春宣传月活动暨陕西省声学学科青年学者论坛”。本论坛由西安声学学会主办，陕西省超声学重点实验室承办。学术交流活动将采用线上线下同步进行的方式，交流报告日程安排如下表所示：

2022年4月9日 上午9:00—12:00
线上交流形式：腾讯会议 394895753；线下交流地点：致知楼3416
序号	报告时间	姓名	单位	报告题目	主持人
1	9:00-9:20	宗瑜瑾	西安交通大学	经颅超声诊疗及多参数成像	王成会
2	9:20-9:40	周红磊	浙江清华柔性电子技术研究院/清华大学	介入式超声介导微泡空化碎石
3	9:40-10:00	吴晓歌	扬州大学	低功率-高频率超声在水处理领域的应用展望
4	10:00-10:20	费春龙	西安电子科技大学	压电复合超声换能器研究
5	10:20-10:40	全熠	西安电子科技大学	无铅KNN基织构陶瓷及其超声器件中的应用
6	10:40-11:00	赵天龙	西安电子科技大学	压电陶瓷材料在超声换能器中的应用研究
7	11:00-11:20	田野	陕西师范大学	基于非对称超构表面的高效声场调控研究
8	11:20-11:40	唐一璠	陕西师范大学	基于主动声学超表面的声波操控研究
10	11:40-12:00	自由交流

报 告 简 介

报告题目1：经颅超声诊疗及多参数成像

报告摘要：针对脑胶质瘤治疗，设计集靶向、药物携载、微环境响应控释等特性于一体的多功能纳米粒，通过超声联合微泡开放血脑屏障促进其跨越血脑屏障靶向聚集于肿瘤部位，并同时利用药物治疗、声动力疗法、自噬抑制等策略的级联放大和协同作用实现肿瘤治疗增效。为了实现脑部疾病的精准诊疗，突破颅骨对超声信号的强衰减，利用低频超快平面波超声结合微泡检测及定位实现脑小血管及其血流的超分辨超声成像，同时基于微泡次谐波响应进行经颅脑血管血压估计与成像，基于分数阶模型对脑组织流性与黏弹性参量进行估计及分布成像方法，从血管、血压、血流及脑组织力学等多角度提供脑血管及周围脑组织结构与生理功能变化精确评价所需要的定量参数，为脑血管相关疾病的发病机制和个性化诊疗前沿研究提供新的手段。

报告人简介：宗瑜瑾，西安交通大学生命科学与技术学院教授、博导。2006年博士毕业于西安交通大学生物医学工程专业，现任西安交大生物医学影像与应用研究所副所长。主要研究方向包括超声造影成像、超分辨成像；超声控制基因/药物递送；多模造影剂及其诊疗应用等。近年来主持国家重点研发计划项目课题1项、国科金面上项目5项；作为骨干人员参与国家重大科学仪器研制项目1项、973项目课题1项，发表SCI论文40余篇，授权发明专利4项，作为副主编出版教材2部，参编英文专著1章，作为主要完成人获陕西省科技进步一等奖1项，参与完成的研究成果入选“2017年中国医学十大进展”。现任中国超声医学工程学会仪器工程开发专委会副主任委员、陕西省超声医学工程学会常委，中国超声医学工程学会超声治疗及生物效应专委会、分子影像专委会委员。

报告题目2：介入式超声介导微泡空化碎石

报告人：周红磊 浙江清华柔性电子技术研究院/清华大学

报告摘要：输尿管结石疾病严重威胁着患者的生命健康安全，临床上常用微创碎石手术进行治疗。然而，现有微创碎石手术效率低、安全性差、易引起术后并发症，因此迫切需要一种新的安全高效碎石技术。本文提出一种介入式超声介导微泡空化碎石探头，进行超声介导微泡近壁空化和空化碎石体外实验，验证所提出介入式超声介导微泡空化碎石探头的可行性和碎石效果。研究成果将为提高超声空化的碎石效率、安全性和可靠性提供基础，在临床上具有较好的应用前景。

报告题目3：低功率-高频率超声在水处理领域的应用展望

报告摘要：超声水处理技术是指将声能作为激发能源的一种水处理方式。相对于光催化易受水体的浑浊度影响，而超声在水中具有良好的穿透力。为了扩大超声水处理的优势，提高短寿命的自由基利用率，报告人近年来通过制备功能性材料，富集污染物，突出低功率超声生成自由基和强化传质的优势，从而提高处理效率。在此基础上，基于低功率超声的化学和生物效应，我们将超声与流式系统的耦合，探讨放大化超声水处理技术的应用前景。

报告人简介：吴晓歌，博士毕业于英国考文垂大学超声化学中心，并在韩国浦项科技大学从事博士后研究。回国后就职于扬州大学，环境学院，现为Ultrasonic Sonochemistry 编辑（Acoustics and Ultrasonics小类排名第一），《中国给水排水》青年编委， 中国声学学会功率超声分会第十届委员。

报告题目4：压电复合超声换能器研究

报告人：费春龙 西安电子科技大学

报告摘要：压电复合超声换能器是高性能超声成像应用换能器研究的重点与热点。 压电复合材料取压电材料和聚合物材料所长， 通过优化压电单元的几何结构， 可以实现高机电耦合系数、高带宽和低声阻抗， 使压电复合超声换能器拥有更高的分辨率和灵敏度。 近年来， 围绕压电复合超声换能器， 我们开展了较为系统的研究， 建立了理论计算、 有限元仿真和实验验证相结合的研究方法， 为新型压电复合换能器研制提供了思路； 在此基础上， 通过功能梯度结构优化、 横向结构优化与多层复合结构优化等方法， 以及在压电复合换能器设计中引入人工智能优化算法优化结构参数， 进一步提升了压电复合换能器性能。

报告题目5：无铅KNN基织构陶瓷及其超声器件中的应用

报告人：全熠 西安电子科技大学

报告摘要：压电材料是一种受到压力产生电信号，受到电场作用产生形变的材料，被广泛用于换能器、传感器和致动器等器件。目前在工业领域被广泛应用的压电材料为锆钛酸铅(PZT)基陶瓷材料存在对于人体及环境的危害，目前欧盟、中国等各个主要国家或地区均开始立法限制铅基材料的使用。相关领域研究人员急需研发替代PZT基压电陶瓷的无铅压电陶瓷材料。铌酸钾钠(KNN)基压电陶瓷由于其高压电性能和高的居里温度被公认是可以替代PZT基压电陶瓷的材料之一，但经过近二十年的发展， KNN基无铅压电陶瓷仍存在压电性能不足、温度稳定性弱、疲劳特性差等缺点。并且无铅压电材料器件应用的研究也较为匮乏。我们主要致力于提升KNN基无铅压电陶瓷压电性能的温度稳定性，并探索其在超声器件方面的研究与应用。我们将具有垂直准同型相界(MPB)的KNN基无铅压电陶瓷与织构工艺相结合，研究了KNN基无铅压电陶瓷的织构化，设计并制备了以KNN基织构陶瓷作为核心部件的多种超声器件，探索了基于KNN基织构陶瓷的器件在医用超声成像及声镊方面的应用。主要工作内容与研究结论如下：第一，采用反应模板法(RTGG)对具有垂直准同型相界(MPB)的0.915(K0.45Na0.5Li0.05)NbO3-0.075BaZrO3-0.01(Bi0.5Na0.5)TiO3陶瓷进行了[001]方向的织构化研究，成功地制备了织构度为90%的KNN基织构陶瓷，样品的d33*值为505 pm/V。陶瓷具有垂直MPB，样品的d33*值在室温至180^oC的温度区间内变化幅度在5%之内，具有高温度稳定性。由于三方相压电晶体在[001]方向的疲劳特性优于[111]方向，该[001]方向的织构陶瓷显著提高了抗疲劳特性，在20 kV/cm的电场下循环107次后，其d33*值仅下降仅约6%。第二，基于KNN基织构陶瓷低介电常数、低声阻抗和高声速特点，设计并制备了平面型和聚焦型两种高频无铅超声换能器原型件。利用等效电路模型模拟换能器的中心频率90 MHz， -6dB的带宽为34%。研究发现，平面超声换能器的中心频率为92 MHz， -6 dB的带宽为34%，与模拟高度一致。利用球压聚焦工艺制备的聚焦型换能器中心频率为81 MHz， -6 dB带宽为52%。聚焦型换能器的横向分辨率为90 μ m，远高于平面超声换能的横向分辨率216 μ m。表明聚焦换能器具有更高的横向分辨率。第三，设计并制备了KNN基织构陶瓷的无铅声镊器件。声镊可以在8-17 MHz的频率范围有效激发、波束宽度为250 μ m。使用有限元分析软件COMSOL对该声镊进行了声场模拟，模拟结果与水听器测试的声场分布结果高度吻合。同时采用平面波展开法计算散射场，对该声镊声场中20-100 μ m的微粒进行了声辐射力计算，并通过操控平台实现了对聚苯乙烯微球和淋巴肿瘤Raji B细胞的抓取、操控与富集。实验结果表明，基于KNN基织构陶瓷的无铅声镊器件可以实现非接触式微粒操控。

报告题目6：压电陶瓷材料在超声换能器中的应用研究

报告人：赵天龙 西安电子科技大学

报告摘要：压电材料是一类利用压电效应将机械能和电能互相转换的电子功能材料。相比于压电晶体材料和压电薄膜材料，压电陶瓷材料因其优异的压电性能，丰富的组

分可调性，制备工艺简单，成本低等优点一直占据着压电材料的大部分市场份额，在航空航天、水下通讯、汽车电子等军用、民用领域具有广泛的应用。本报告简要介绍了压电陶瓷在超声换能器中的应用研究，说明了无铅压电陶瓷在高频超声换能器应用中的优势，给出了高温压电超声换能器和无损检测用超声换能器对压电陶瓷材料的要求，并展望了 3D 打印技术在未来压电陶瓷基超声换能器中的应用。

报告题目7：基于非对称超构表面的高效声场调控研究

报告人：田野 陕西师范大学

报告摘要：声学在医学、通信、工业及军事等领域中具有非常广泛的应用，这其中最关键的问题之一是对声场按照特定的需求进行调控，基于超构表面的调控是目前的研究热点。然而，由于具有对称响应的传统超构表面无法同时与入射和透射声场满足阻抗匹配，这在很大程度上限制了声场调控的效率。针对此问题，本申请项目拟引入具有非对称响应的非对称超构表面，研究适用于此种超构表面的声场调控理论，设计此种超构表面的人工微结构单元，实现同时满足双侧阻抗匹配的高效声场调控。此外，由于此超构表面的非对称性增加了声场调控的自由度，故拟同时展开对可实现反射与透射声场独立控制的多样和优异声场调控应用的研究。本申请项目的研究成果将有助于非对称超构表面相关研究的深入开展，在改善已有声场调控的效率、扩展调控的应用范围以及产生复杂特定声场分布的机制研究等方面均有着重要的理论和实际意义。

报告题目8：基于主动声学超表面的声波操控研究

报告人：唐一璠 陕西师范大学

报告摘要：我们提出了一种具有深亚波长厚度的薄膜型主动声学超表面，能够通过改变静态电压分布来实时调控透射声波的相位。 该结构的机理是通过施加在压电材料上的静态电压使压电材料产生形变，从而打破压电圆环上的应力平衡，进而使透射声波的相位依赖于压电圆环上的静态电压值。通过调节施加在主动声学超表面单元上的静态电压分布，实现了在不改变结构几何形状的情况下对透射声波的多样操控。数值模拟结果验证了理论预测的正确性。此种材料为主动声学超表面的设计和应用提供了一种新的途径，并在医学超声以及通信声学等领域具有潜在的应用价值。

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