【摘 要】
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激光超声是使用光声效应（PA）产生高频和宽带超声波的新型超声发生方式。近几年,激光超声由于其优越的性能在工业探伤和医学治疗等方面显示出巨大的潜力。目前用于激光超声的光声转换材料中,金属基材料和碳基材料是两种极具潜力的材料,其光声转换效率还可以进一步优化提高。但是目前对于复合材料的仿真模型研究十分匮乏,本文通过对碳基光声转换复合材料中的炭黑（Carbon black,CB）-聚二甲基硅氧烷（PDMS
【基金项目】
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自然科学基金（No.11874169,11574106）； 国家重点研发计划国家重点研发计划（No.2018YFA0702100）；
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激光超声是使用光声效应（PA）产生高频和宽带超声波的新型超声发生方式。近几年,激光超声由于其优越的性能在工业探伤和医学治疗等方面显示出巨大的潜力。目前用于激光超声的光声转换材料中,金属基材料和碳基材料是两种极具潜力的材料,其光声转换效率还可以进一步优化提高。但是目前对于复合材料的仿真模型研究十分匮乏,本文通过对碳基光声转换复合材料中的炭黑（Carbon black,CB）-聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合材料建立三维结构模型,对于炭黑的粒径,光吸收系数等性质对复合材料光声转换效应的影响进行研究分析,并通过实验进行验证。本文从复合材料的结构出发,用有限元分析软件建立材料的三维模型,仿真研究了炭黑的粒径,光吸收系数,热扩散系数等因素对于CB-PDMS光声转换效率的影响。在实验中选取具有不同性质的炭黑,通过优化制备工艺,制备出具备较高光声转换效率的复合材料膜层。并经由制备的光声转换复合材料在激光超声实验中的表现,研究了炭黑的粒径,光吸收系数,热扩散系数等性质对于制备的光声转换复合材料表现出的光声转换效率的影响,对仿真结果进行了验证。实验结果与仿真结果能够完全对应。根据仿真优化结果所制备的CB-PDMS复合材料在光声转换中表现出了较高的光声转换效率(可达到3.44×10-3,高于已报道的Gold NPs和Solution CNT等材料)。这种碳材料复合模型,可以作为一种通用的技术用于同类型复合材料的优化研究中,为设计复合光声转换材料提供工具。
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