深夜的實驗室里，檢測屏幕上一條掃描線收束，航空復(fù)合材料內(nèi)部的纖維鋪層與微小孔隙結(jié)構(gòu)清晰可見，東麗公司的新型PVDF薄膜換能器完成了又一次精密檢測任務(wù)。

深夜的實驗室里，一臺高精度超聲顯微鏡正對航空復(fù)合材料進行掃描，屏幕上清晰地顯示出材料內(nèi)部的纖維鋪層與微小孔隙。

實現(xiàn)這種精密“透視"的核心部件，是日本東麗公司新研發(fā)的基于PVDF壓電薄膜的超聲波換能器，這款厚度不足人類頭發(fā)直徑十分之一的壓電薄膜，正在重新定義人類“觀察"物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的極限。

01 材料革新

東麗公司的工程師大東弘二及其團隊在上世紀70年代末發(fā)現(xiàn)了PVDF壓電薄膜在超聲領(lǐng)域的潛力。這一發(fā)現(xiàn)最初發(fā)表在1980年的日本超音波醫(yī)學會期刊上。

經(jīng)過數(shù)年研究，1987年東麗研究人員在《應(yīng)用物理雜志》上發(fā)表重要論文，展示了5微米厚P(VDF-TrFE)膜在250MHz時具有0.26的高機電耦合系數(shù)，標志著高頻超聲波技術(shù)的重大突破。

相比傳統(tǒng)壓電陶瓷(PZT)，聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物薄膜具有明顯優(yōu)勢。PVDF薄膜的聲阻抗約為4 MRayl，遠低于陶瓷的30 MRayl，更接近水和生物組織的聲學特性。

聲學匹配度的提升帶來顯著優(yōu)勢。PVDF換能器無需復(fù)雜的聲學透鏡即可發(fā)射和接收超聲波，拉近被測物體與換能器之間的距離，消除聲學透鏡中混響引起的噪聲影響，從而獲得更清晰的檢測波形。

02 技術(shù)演進

東麗超聲波換能器已形成完整的產(chǎn)品系列，覆蓋多種頻率和尺寸規(guī)格。產(chǎn)品頻率可在15MHz至150MHz之間以5MHz為增量調(diào)整，傳感器直徑可在1.2-8mm之間生產(chǎn)。

新型號如PT20-3-10提供20MHz頻率、3mm口徑和10mm焦距，而PT100-1.2-1.5型號則提供100MHz高頻和極小的1.2mm口徑，適用于高精度的微區(qū)檢測。

使用3微米厚薄膜制作的換能器，在150MHz頻率下表現(xiàn)出6.5dB的轉(zhuǎn)換效率和30ns的振鈴時間寬度，這一性能指標為超高頻超聲成像奠定了基礎(chǔ)。

現(xiàn)代超聲系統(tǒng)通過優(yōu)化PWM調(diào)制算法，已能實現(xiàn)0.1Hz步進的頻率微調(diào)，使系統(tǒng)能夠根據(jù)不同材質(zhì)密度動態(tài)調(diào)整穿透深度。

03 應(yīng)用領(lǐng)域

醫(yī)療領(lǐng)域是東麗換能器的重要應(yīng)用方向。在醫(yī)學超聲成像中，PVDF換能器主要用于高頻超聲探頭，如血管內(nèi)超聲、眼科超聲和皮膚超聲，實現(xiàn)高分辨率成像。

1980年代的研究已證實，單元素PVDF凹面換能器(3.5-7.5MHz)相比傳統(tǒng)陶瓷換能器能提供更高質(zhì)量的圖像。

在工業(yè)無損檢測領(lǐng)域，東麗換能器展現(xiàn)出獨特值。它們特別適用于高頻精密檢測，如薄壁材料、復(fù)合涂層、精密陶瓷或半導(dǎo)體元件的微缺陷檢測。

水浸檢測應(yīng)用中，這類換能器廣泛應(yīng)用于航空航天復(fù)合材料、鋰電池極片等的高分辨率C掃描成像。

04 商業(yè)前景

傳感器市場在2025年上半年顯示出強勁增長。根據(jù)華源證券的研報數(shù)據(jù)，2025年上半年傳感器營業(yè)收入同比增長28.77%。

這一增長主要得益于公司持續(xù)研發(fā)投入，實現(xiàn)產(chǎn)品升級，進一步提升產(chǎn)品在智能汽車、智能儀表、工業(yè)控制等方面的應(yīng)用。

東麗公司加大了對國內(nèi)市場的開拓力度，2025年上半年境內(nèi)收入增長30%，而境外收入維持穩(wěn)定。

公司在精密超聲換能器領(lǐng)域深度參與制定了《超聲軟組織手術(shù)設(shè)備換能器團體標準》，并獲發(fā)布實施。通過精密超聲換能器領(lǐng)域技術(shù)積累，有望推動國產(chǎn)醫(yī)療器械核心技術(shù)的創(chuàng)新突破與產(chǎn)業(yè)化進程。

05 前沿趨勢

超聲波換能器技術(shù)正朝著更高頻率、更小尺寸和更強功能的方向發(fā)展。東麗公司已經(jīng)在實驗條件下驗證了P(VDF-TrFE)薄膜在250MHz高頻下的優(yōu)異性能。

微型化和低功耗是另一個重要趨勢。隨著半導(dǎo)體制造工藝的引入，超聲波換能器正在變得更小更精密。

國內(nèi)企業(yè)已成功開發(fā)出6F微型介入探頭（約2mm），可應(yīng)用于心腔內(nèi)超聲、冠脈檢測等領(lǐng)域。

這些技術(shù)進步正在推動超聲波換能器向更廣泛的領(lǐng)域擴展，包括自動駕駛汽車的傳感系統(tǒng)、消費電子產(chǎn)品中的手勢識別，以及智能家居中的非接觸式控制。

東麗工程師設(shè)計的2025年新型PVDF薄膜換能器，檢測分辨率較上一代產(chǎn)品提升近40%。

隨著實驗室數(shù)據(jù)記錄的完成，這塊薄如蟬翼的壓電材料在醫(yī)療超聲探頭中幫助醫(yī)生看清微小的血管斑塊；在飛機制造線上，檢測著復(fù)合材料內(nèi)部最細微的分層缺陷，悄然改變著我們“觀察"世界的方式。