ES2993877T3

ES2993877T3 - Ultrasonic probe

Info

Publication number: ES2993877T3
Application number: ES20840809T
Authority: ES
Inventors: Darin Grinsteinner; Young Shin Kim
Original assignee: Ticona LLC
Current assignee: Ticona LLC
Priority date: 2019-07-17
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2025-01-10
Anticipated expiration: 2040-07-07
Also published as: EP3998952A2; TWI884158B; KR20220038094A; US20210015457A1; WO2021011220A2; JP2022541162A; JP7526780B2; WO2021011220A3; EP3998952B1; EP3998952A4; TW202112888A; CN114126496A

Abstract

Se proporciona una sonda ultrasónica que comprende un transductor ultrasónico que incluye una matriz de elementos transductores y un material de atenuación. El material de atenuación comprende una composición polimérica que incluye un polímero cristalino líquido y un material particulado conductor térmico. El polímero cristalino líquido tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 270 °C o más y una viscosidad de fusión de aproximadamente 500 Pa-s o menos, determinada a una temperatura de 45 °C por encima de la temperatura de fusión y una velocidad de corte de 400 s-1 de acuerdo con la prueba ISO n.º 11443:2005, y la composición polimérica también tiene una conductividad a través del plano de aproximadamente 0,2 W/mK o más. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sonda ultrasónica

Solicitud relacionada

La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional con número de serie 62/875.025, presentada el 17 de julio de 2019.

Antecedentes de la invención

Las sondas de generación de imagen por ultrasonido continúan disfrutando de un uso extendido en el campo de la medicina. A modo de ejemplo, las sondas de ultrasonido se usan para una amplia variedad de aplicaciones de generación imágenes externas, laparoscópicas, endoscópicas e intravasculares. Las imágenes generadas por ultrasonido que proporcionan las sondas de generación de imagen se pueden usar, por ejemplo, con fines diagnósticos. Las sondas incluyen normalmente una pluralidad de elementos transductores piezoeléctricos paralelos ordenados a lo largo de un eje longitudinal, con cada elemento interconectado a un par de electrodos. Un circuito electrónico excita los elementos transductores y hace que emitan energía ultrasónica. Los elementos transductores convierten entonces la energía ultrasónica recibida en señales eléctricas, las que entonces se pueden procesar y usar para generar imágenes. Normalmente, los transductores incluyen una capa activa de un material piezoeléctrico con una cara acústica desde la que se emiten señales acústicas. También se dispone generalmente un miembro de atenuación acústica en la superficie posterior de la capa activa para amortiguar señales acústicas indeseables (por ejemplo, señales que pueden emanar de y reflejarse de vuelta a la cara trasera del transductor), las que, de otro modo, interferirían con las señales acústicas recibidas en la cara acústica. Desafortunadamente, debido al aumento de complejidad de la mayoría de los diseños de sonda, el consumo de energía aumenta, lo que a su vez conduce a un aumento en la cantidad de calor producido por la sonda. Esta producción de calor aumentada puede ser un problema debido al hecho de que la mayoría de los miembros de atenuación acústica no son muy sensibles al calor. Con el paso del tiempo, esto puede conducir finalmente a un mal funcionamiento del sensor de cámara. En el documento WO2015/145402 se divulgan materiales de soporte térmicamente conductores para sondas y sistemas de ultrasonido.

Por consiguiente, existe la necesidad de una sonda ultrasónica mejorada que tenga un grado de sensibilidad al calor mayor.

Sumario de la invención

De acuerdo con una realización de la presente invención, se divulga una sonda ultrasónica que comprende un transductor ultrasónico que incluye una matriz de elementos transductores capaces de convertir energía eléctrica en energía acústica ultrasónica para su emisión hacia una región de interés y un material de atenuación que es capaz de inhibir el retorno de la energía acústica ultrasónica de vuelta hacia el transductor ultrasónico después de la emisión hacia la región de interés. El material de atenuación comprende una composición polimérica que incluye un polímero cristalino líquido y un material térmicamente conductor particulado. El material térmicamente conductor particulado está presente en la composición polimérica en una cantidad de aproximadamente 50 a aproximadamente 200 partes por 100 partes del polímero cristalino líquido. El polímero cristalino líquido tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 270 °C o más y una viscosidad de fusión de aproximadamente 500 Pa-s o menos según se determina a una temperatura de 45 °C por encima de la temperatura de fusión y una velocidad de cizallamiento de 400 s-1 de acuerdo con la prueba ISO n.° 11443:2005, y la composición polimérica tiene además una conductividad a través del plano de aproximadamente 0,2 W/m-K o más.

Otras características y aspectos de la presente invención se exponen con mayor detalle a continuación.

Breve descripción de las figuras

Una divulgación completa y habilitante de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma para un experto en la materia, se expone más particularmente en el resto de la memoria descriptiva, incluyendo la referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la figura 1 es un diagrama esquemático de una realización de una sonda de ultrasonido y una región de interés; la figura 2 es una vista isométrica de una realización de una sonda de ultrasonido de la presente invención; y la figura 3 es una vista esquemática de una porción del transductor ultrasónico de la figura 2.

Descripción detallada

En términos generales, la presente invención está dirigida a una sonda ultrasónica que contiene un transductor ultrasónico y un material de atenuación que es capaz de atenuar la energía acústica incidente sobre el material, como energía que tiene una frecuencia entre 100 kHz y 100 MHz. El material de atenuación incluye una composición polimérica, que contiene un polímero cristalino líquido y material térmicamente conductor particulado. Mediante el control selectivo de la naturaleza de los componentes en la composición polimérica y su concentración relativa, la composición resultante es capaz de servir como un material de atenuación acústica eficaz y exhibir además buenas propiedades térmicas que permiten la transferencia de calor para que los "puntos calientes" se puedan eliminar rápidamente y la temperatura general de la pieza se pueda reducir durante el uso. Más particularmente, la composición exhibe una conductividad térmica a través del plano de aproximadamente 0,2 W/m-K o más, en algunas realizaciones, aproximadamente 0,4 W/m-K o más, en algunas realizaciones, aproximadamente 0,5 W/m-K o más, en algunas realizaciones de aproximadamente 1 a aproximadamente 25 W/m-K, en algunas realizaciones de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 W/m-k y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 4 a aproximadamente 15 W/m-K, según se determina de acuerdo con la norma ASTM E 1461-13.

A continuación, se describirán con más detalle diferentes realizaciones de la presente invención.

I. Composición polimérica

A. Polímero cristalino líquido

Como se indicó anteriormente, el polímero cristalino líquido empleado en la matriz polimérica tiene una temperatura de fusión dentro de un intervalo cuidadosamente controlado de aproximadamente 270 °C a aproximadamente 400 °C, en algunas realizaciones de aproximadamente 280 °C a aproximadamente 380 °C, en algunas realizaciones de aproximadamente 290 °C a aproximadamente 370 °C y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 300 °C a aproximadamente 350 °C. Un polímero cristalino líquido particularmente adecuado contiene las siguientes unidades repetitivas (1) a (3):

en donde,

Ra, Rb y Rf son independientemente alquenilo, alquilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, cicloalquilo, heterociclilo, halo o haloalquilo; e

l, m y q son independientemente un número entero de 0 a 4, en algunas realizaciones de 0 a 2 y, en algunas realizaciones, de 0 a 1.

En determinadas realizaciones, las unidades repetitivas (1) se pueden derivar de ácido 4-hidroxibenzoico ("HBA", por sus siglas en inglés) (l es 0), las unidades repetitivas (2) se pueden derivar de hidroquinona ("HQ", por sus siglas en inglés) (m es 0), y/o las unidades repetitivas (3) se pueden derivar de ácido isoftálico ("IA", por sus siglas en inglés) (q es 0).

Mediante el control selectivo de la naturaleza y la proporción relativa de las unidades repetitivas (1)-(3), los presentes inventores han descubierto que el polímero resultante no solo puede alcanzar una temperatura de fusión dentro del intervalo indicado anteriormente, sino también lograr un grado significativo de entrelazamiento de cadena de modo que el polímero exhibe una buena resistencia a la fusión, lo que permite que se emplee sin inconvenientes en la sonda ultrasónica de la presente invención. Por ejemplo, las unidades repetitivas (1) pueden constituir de aproximadamente el 40%en moles a aproximadamente el 80%en moles, en algunas realizaciones de aproximadamente el 50%en moles a aproximadamente el 70 % en moles, y en algunas realizaciones, de aproximadamente el 55 % en moles a aproximadamente el 65 % en moles del polímero. Asimismo, cada una de las unidades repetitivas (2) y (3) puede constituir de aproximadamente el 1 % en moles a aproximadamente el 20 % en moles, en algunas realizaciones de aproximadamente el 2% en moles a aproximadamente el 15% en moles y, en algunas realizaciones, de aproximadamente el 5 % en moles a aproximadamente el 10 % en moles del polímero. Independientemente de la cantidad molar exacta empleada, la relación molar de unidades repetitivas (2) con respecto a unidades repetitivas (3) se puede controlar selectivamente de modo que sea de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 2, en algunas realizaciones de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,6 y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 1 a aproximadamente 1,5. En algunos casos, las unidades repetitivas (2) se usan en una cantidad molar mayor que las unidades repetitivas (3) de modo que la relación molar sea mayor de 1.

Por supuesto, se debe entender que también se pueden emplear otras unidades repetitivas en el polímero,

en donde,

Rc, Rd y Re son independientemente alquenilo, alquilo, alquinilo, arilo, heteroarilo, cicloalquilo, heterociclilo, halo o haloalquilo; y

n, o y p son independientemente un número entero de 0 a 4, en algunas realizaciones de 0 a 2 y, en algunas realizaciones, de 0 a 1.

En determinadas realizaciones, las unidades repetitivas (4) se pueden derivar de 4,4'-bifenol ("BP", por sus siglas en inglés) (n y o son 0) y/o las unidades repetitivas (5) se pueden derivar de ácido tereftálico ("TA", por sus siglas en inglés) (p es 0).

Cada una de las unidades repetitivas (4) y (5) puede constituir de aproximadamente el 5 % en moles a aproximadamente el 30 % en moles, en algunas realizaciones de aproximadamente el 6 % en moles a aproximadamente el 25 % en moles y, en algunas realizaciones, de aproximadamente el 8 % en moles a aproximadamente el 15% en moles del polímero. Independientemente de la cantidad molar exacta empleada, la relación molar de unidades repetitivas (5) con respecto a unidades repetitivas (4) se puede controlar selectivamente de modo que sea de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 2, en algunas realizaciones de aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,6 y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 1 a aproximadamente 1,5. En algunos casos, las unidades repetitivas (5) se usan en una cantidad molar mayor que las unidades repetitivas (4) de modo que la relación molar sea mayor de 1.

Aún se pueden emplear también otras unidades repetitivas en el polímero. Por ejemplo, también se pueden emplear otras unidades repetitivas hidroxicarboxílicas aromáticas, las que se derivan de ácidos hidroxicarboxílicos aromáticos distintos de HBA, tales como, ácido 4-hidroxi-4'-bifenilcarboxílico; ácido 2-hidroxi-6-naftoico ("HNA", por sus siglas en inglés); ácido 2-hidroxi-5-naftoico; ácido 3-hidroxi-2-naftoico; ácido 2-hidroxi-3-naftoico; ácido 4'-hidroxifenil-4-benzoico; ácido 3'-hidroxifenil-4-benzoico; ácido 4'-hidroxifenil-3-benzoico, etc., así como sustituyentes alquilo, alcoxi, arilo y halógenos de los mismos, y combinaciones de los mismos. Asimismo, se pueden emplear otras unidades repetitivas dicarboxílicas aromáticas que se derivan de ácidos dicarboxílicos aromáticos distintos de TA e IA, tales como ácido 2,6-naftalenodicarboxílico ("NDA", por sus siglas en inglés), ácido difenil éter-4,4'-dicarboxílico, ácido 1,6-naftalenodicarboxílico, ácido 2,7-naftalenodicarboxílico, 4,4'-dicarboxibifenilo, bis(4-carboxifenil)éter, bis(4-carboxifenil)butano, bis(4-carboxifenil)etano, bis(3-carboxifenil)éter, bis(3-carboxifenil)etano, etc., así como sustituyentes alquilo, alcoxi, arilo y halógenos de los mismos, y combinaciones de los mismos. También se pueden emplear unidades repetitivas de dioles aromáticos que se derivan de dioles aromáticos distintos de HQ y BP, tales como resorcinol, 2,6-dihidroxinaftaleno, 2,7-dihidroxinaftaleno, 1,6-dihidroxinaftaleno, 4,4'-dihidroxibifenilo (o 4,4'-bifenol), 3,3'-dihidroxibifenilo, 3,4'-dihidroxibifenilo, 4,4'-dihidroxibifenil éter, bis(4-hidroxifenil)etano, etc., así como sustituyentes alquilo, alcoxi, arilo y halógenos de los mismos, y combinaciones de los mismos. También se pueden emplear unidades repetitivas, tales como las derivadas de amidas aromáticas (por ejemplo, acetaminofeno ("APAP", por sus siglas en inglés)) y/o aminas aromáticas (por ejemplo, 4-aminofenol ("AP", por sus siglas en inglés), 3-aminofenol, 1,4-fenilendiamina, 1,3-fenilendiamina, etc.). También se debe entender que se pueden incorporar en el polímero otras unidades repetitivas monoméricas diferentes. Por ejemplo, en determinadas realizaciones, el polímero puede contener una o más unidades repetitivas derivadas de monómeros no aromáticos, tales como ácidos hidroxicarboxílicos alifáticos o cicloalifáticos, ácidos dicarboxílicos (por ejemplo, ácido ciclohexano dicarboxílico), dioles, amidas, aminas, etc. Por supuesto, en otras realizaciones, el polímero puede ser "totalmente aromático" en el sentido de que carece de unidades repetitivas derivadas de monómeros no aromáticos (por ejemplo, alifáticos o cicloalifáticos).

Aunque no se requiere necesariamente, se puede desear que el polímero cristalino líquido contenga un bajo contenido de unidades repetitivas derivadas de ácidos hidroxicarboxílicos nafténicos y ácidos dicarboxílicos nafténicos, tales como NDA, HNA o combinaciones de los mismos. Es decir, la cantidad total de unidades repetitivas derivadas de ácidos hidroxicarboxílicos y/o dicarboxílicos nafténicos (por ejemplo, NDA, HNA, o una combinación de HNA y NDA) es normalmente menos de aproximadamente el 10 % en moles, en algunas realizaciones menos de aproximadamente el 5 % en moles y, en algunas realizaciones, menos de aproximadamente el 1 % en moles del polímero. El polímero cristalino líquido también puede contener un bajo contenido de unidades repetitivas derivadas de amidas aromáticas y aminas aromáticas, tales como APAP, AP o combinaciones de las mismas. Es decir, la cantidad total de unidades repetitivas derivadas de amidas y/o aminas aromáticas (por ejemplo, APAP, AP, o una combinación de APAP y AP) es normalmente menos de aproximadamente el 10 % en moles, en algunas realizaciones menos de aproximadamente el 5 % en moles y, en algunas realizaciones, menos de aproximadamente el 1 % en moles del polímero. En realizaciones particulares, el polímero contiene 0 % en moles de ácidos hidroxicarboxílicos nafténicos (por ejemplo, HNA), 0 % en moles de ácidos dicarboxílicos nafténicos (por ejemplo, NDA), 0 % en moles de amidas aromáticas (por ejemplo, APAP) y/o 0 % en moles de aminas aromáticas (por ejemplo, AP). De hecho, el polímero cristalino líquido se puede formar completamente a partir de las unidades repetitivas (1)-(5) si así se desea, de modo que el porcentaje molar total de las unidades repetitivas (1)-(5) sea igual al 100 %.

El polímero cristalino líquido se puede sintetizar en un proceso de polimerización por fusión. El proceso puede implicar la introducción inicial del o los monómeros usados para formar las unidades repetitivas (por ejemplo, HBA, IA, HQ, TA y/o BP) en un recipiente de reactor para iniciar una reacción de policondensación. Las condiciones y etapas particulares empleadas en dichas reacciones son bien conocidas y pueden estar descritas en más detalle en la Patente de EE. UU. n.° 4.161.470 para Calundann: Patente de Estados Unidos n.° 5.616.680 de Linstid, III, et al.: Patente de Estados Unidos n.° 6.114.492 de Linstid, III, et al.: Patente de Estados Unidos n.° 6.514.611 de Shepherd, et al.: y documento WO 2004/058851 de Waggoner. El recipiente empleado para la reacción no está especialmente limitado, aunque normalmente es conveniente emplear uno que se use comúnmente en reacciones de fluidos de alta viscosidad. Ejemplos de dicho recipiente de reacción pueden incluir un aparato tipo tanque de agitación que tiene un agitador con una pala de agitación de forma variable, como una de tipo ancla, de tipo multietapa, de tipo de cinta en espiral, de tipo de eje de tornillo, etc., o una forma modificada de las mismas. Ejemplos adicionales de dicho recipiente de reacción pueden incluir un aparato mezclador comúnmente usado en el amasado de resina, como una amasadora, un molino de rodillos, una mezcladora Banbury, etc.

Si se desea, la reacción puede proceder a través de la acetilación de los monómeros como se conoce en la técnica. Esto se puede conseguir mediante la adición un agente de acetilación (por ejemplo, anhídrido acético) a los monómeros. La acetilación se inicia generalmente a temperaturas de aproximadamente 90 °C. Durante la etapa inicial de la acetilación, se puede emplear el reflujo para mantener la temperatura de la fase de vapor por debajo del punto en el que el subproducto de ácido acético y el anhídrido comienzan a destilar. Las temperaturas durante la acetilación normalmente oscilan entre 90 °C y 150 °C y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 110 °C a aproximadamente 150 °C. Si se usa reflujo, la temperatura de la fase de vapor normalmente supera el punto de ebullición del ácido acético, pero permanece lo suficientemente baja como para retener el anhídrido acético residual. Por ejemplo, el anhídrido acético se vaporiza a temperaturas de aproximadamente 140 °C. De ese modo, es particularmente deseable proporcionar al reactor un reflujo de fase de vapor a una temperatura de aproximadamente 110 °C a aproximadamente 130 °C. Para asegurar una reacción sustancialmente completa, se puede emplear una cantidad en exceso de anhídrido acético. La cantidad de anhídrido en exceso variará en dependencia de las condiciones de acetilación particulares empleadas, incluyendo la presencia o ausencia de reflujo. El uso de un exceso de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 por ciento en moles de anhídrido acético, basándose en los moles totales de grupos hidroxilo reactivos presentes, no es infrecuente.

La acetilación puede ocurrir en un recipiente de reactor separado, o puede ocurririn situdentro del recipiente de reactor de polimerización. Cuando se emplean recipientes reactores separados, uno o más de los monómeros se pueden introducir en el reactor de acetilación y ser transferido posteriormente al reactor de polimerización. Asimismo, uno o más de los monómeros también se pueden introducir directamente en el recipiente de reactor sin someterse a preacetilación.

Además de los monómeros y los agentes de acetilación opcionales, también se pueden incluir otros componentes dentro de la mezcla de reacción para ayudar a facilitar la polimerización. Por ejemplo, se puede emplear opcionalmente un catalizador, como sales metálicas catalizadoras (por ejemplo, acetato de magnesio, acetato de estaño (I), titanato de tetrabutilo, acetato de plomo, acetato de sodio, acetato de potasio, etc.) y compuestos orgánicos catalizadores (por ejemplo, N-metilimidazol). Dichos catalizadores se usan normalmente en cantidades de aproximadamente 50 a aproximadamente 500 partes por millón basándose en el peso total de los precursores de unidades recurrentes. Cuando se emplean reactores separados, normalmente se desea aplicar el catalizador al reactor de acetilación en lugar de al reactor de polimerización, aunque esto no es de ninguna manera un requisito.

La mezcla de reacción generalmente se calienta a una temperatura elevada dentro del recipiente de reactor de polimerización para iniciar la policondensación por fusión de los reactivos. La policondensación puede ocurrir, por ejemplo, dentro de un intervalo de temperatura de aproximadamente 270 °C a aproximadamente 400 °C. Por ejemplo, una técnica adecuada para formar el polímero puede incluir cargar el reactor con monómeros precursores y anhídrido acético, calentar la mezcla a una temperatura de aproximadamente 90 °C a aproximadamente 150 °C para acetilar los monómeros (por ejemplo, formando acetoxi) y, a continuación, aumentar la temperatura a una temperatura de aproximadamente 270 °C a aproximadamente 400 °C para llevar a cabo policondensación por fusión. A medida que se alcanzan las temperaturas finales de polimerización, también se pueden eliminar los subproductos volátiles de la reacción (por ejemplo, ácido acético) para que se pueda lograr fácilmente el peso molecular deseado. La mezcla de reacción generalmente se somete a agitación durante la polimerización para garantizar una buena transferencia de calor y de masa y, a su vez, una buena homogeneidad del material. La velocidad de rotación del agitador puede variar durante el curso de la reacción, pero normalmente oscilan de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 revoluciones por minuto ("rpm") y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 20 a aproximadamente 80 rpm. Para desarrollar peso molecular en la masa fundida, la reacción de polimerización también se puede realizar al vacío, cuya aplicación facilita la eliminación de los volátiles formados durante las etapas finales de la policondensación. El vacío se puede crear mediante la aplicación de una presión de succión, como dentro del intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 30 libras por pulgada cuadrada ("psi", por sus siglas en inglés) y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 10 a aproximadamente 20 psi, en donde 1 psi = 6,9 kPa.

A continuación de la polimerización por fusión, el polímero fundido se puede descargar del reactor, normalmente a través de un orificio de extrusión equipado con un troquel de configuración deseada, enfriar y colectar. Habitualmente, la masa fundida se descarga a través de un troquel perforado para formar hebras que se recogen en un baño de agua, se granulan y se secan. La resina también puede estar en forma de hebra, gránulos o polvo.

Independientemente del método particular empleado, el polímero resultante puede tener una viscosidad de fusión relativamente baja, como de aproximadamente 25 a aproximadamente 350 Pa-s, en algunas realizaciones de aproximadamente 30 a aproximadamente 305 Pa-s y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 35 a aproximadamente 250 Pa-s, determinada a una velocidad de cizallamiento de 400 segundos'1. La viscosidad de fusión se puede determinar de acuerdo con el ensayo ISO n.° 11443:2005 a aproximadamente 45 °C por encima de la temperatura de fusión del polímero (por ejemplo, a 350 °C para un polímero con una temperatura de fusión de 305 °C).

B. Material térmicamente conductor particulado

Para ayudar a lograr las propiedades térmicas deseadas, la composición polimérica también contiene un material térmicamente conductor particulado. El material particulado normalmente tiene un tamaño promedio (por ejemplo, diámetro) de aproximadamente 100 a aproximadamente 2.000 micrómetros, en algunas realizaciones de aproximadamente 250 a aproximadamente 1400 micrómetros, en algunas realizaciones de aproximadamente 300 a aproximadamente 1300 micrómetros y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 400 a aproximadamente 1200 micrómetros, determinado usando técnicas de difracción láser de acuerdo con la norma ISO 13320:2009 (por ejemplo, con un analizador de distribución de tamaño de partícula Horiba LA-960). El material térmicamente conductor particulado también puede tener una distribución de tamaño estrecha. Es decir, al menos aproximadamente el 70 % en volumen de las partículas, en algunas realizaciones, al menos aproximadamente el 80 % en volumen de las partículas y, en algunas realizaciones, al menos aproximadamente el 90 % en volumen de las partículas pueden tener un tamaño dentro de los intervalos indicados anteriormente. En determinadas realizaciones, el material particulado puede tener una forma de "escama" debido a que tiene una relación de aspecto relativamente alta (por ejemplo, longitud o diámetro promedio dividido por grosor promedio), como de aproximadamente 4:1 o más, en algunas realizaciones de aproximadamente 8:1 o más y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 2000:1. El grosor promedio puede ser, por ejemplo, de aproximadamente 10 micrómetros o menos, en algunas realizaciones de aproximadamente 0,01 micrómetros a aproximadamente 8 micrómetros y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 0,05 micrómetros a aproximadamente 5 micrómetros. El área superficial específica del material también puede ser relativamente alta, como de aproximadamente 0,5 m2/g o más, en algunas realizaciones de aproximadamente 1 m2/g o más y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 2 a aproximadamente 40 m2/g. El área superficial específica se puede determinar de acuerdo con métodos estándar, como el método de adsorción física de gas (método B.E.T.) con nitrógeno como gas de adsorción, como se conoce generalmente en la técnica y se describe por Brunauer, Emmet y Teller (J. Amer. Chem. Soc., vol. 60, feb., 1938, pp.

309-319). El material particulado también puede tener una densidad de compactación de polvo de aproximadamente 0,2 a aproximadamente 1,0 g/cm3, en algunas realizaciones de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,9 g/cm3 y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 0,4 a aproximadamente 0,8 g/cm3, determinada de acuerdo con la norma ASTM B527-15.

Además, el material térmicamente conductor particulado puede tener una alta conductividad térmica intrínseca, como aproximadamente 50 W/m-K o más, en algunas realizaciones aproximadamente 100 W/m-K o más y, en algunas realizaciones, aproximadamente 150 W/m-K o más. Ejemplos de dichos materiales pueden incluir, por ejemplo, nitruro de boro (BN, por sus siglas en inglés), nitruro de aluminio (AIN, por sus siglas en inglés), nitruro de magnesio y silicio (MgSiN2), grafito (por ejemplo, grafito expandido), carburo de silicio (SiC), nanotubos de carbono, negro de carbón, óxidos metálicos (por ejemplo, óxido de zinc, óxido de magnesio, óxido de berilio, óxido de circonio, óxido de itrio, etc.), polvos metálicos (por ejemplo, aluminio, cobre, bronce, latón, etc.), etc., así como combinaciones de los mismos. El grafito es particularmente adecuado para usar en la composición polimérica de la presente invención. De hecho, en determinadas realizaciones, el grafito puede constituir la mayor parte del material térmicamente conductor particulado empleado en la composición polimérica, como aproximadamente el 50 % en peso o más, en algunas realizaciones, aproximadamente el 70 % en peso o más y, en algunas realizaciones, de aproximadamente el 90 % en peso al 100 % en peso del material térmicamente conductor particulado.

El material térmicamente conductor particulado se emplea en la composición polimérica en una cantidad de aproximadamente 50 a aproximadamente 200 partes, preferiblemente en algunas realizaciones de aproximadamente 70 a aproximadamente 180 partes y, más preferiblemente en algunas realizaciones, de aproximadamente 100 a aproximadamente 150 partes en peso por 100 partes del polímero cristalino líquido. Por ejemplo, el material térmicamente conductor particulado puede constituir de aproximadamente el 25 % en peso a aproximadamente el 70 % en peso, en algunas realizaciones de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 65 % en peso y, en algunas realizaciones, de aproximadamente el 40 % en peso a aproximadamente el 60 % en peso de la composición polimérica. Los polímeros cristalinos líquidos pueden constituir asimismo de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 75 % en peso, en algunas realizaciones de aproximadamente el 35 % en peso a aproximadamente el 70 % en peso y, en algunas realizaciones, de aproximadamente el 40 % en peso a aproximadamente el 60 % en peso de la composición polimérica.

C. Componentes opcionales

También se puede incluir una amplia variedad de otros componentes en la composición polimérica, como modificadores de flujo, lubricantes, pigmentos, antioxidantes, estabilizantes, tensioactivos, ceras, retardantes de llama, aditivos antigoteo, agentes de nucleación (por ejemplo, nitruro de boro), rellenos de partículas inorgánicas (por ejemplo, talco, mica, etc.), rellenos inorgánicos fibrosos (por ejemplo, fibras de vidrio) y otros materiales añadidos para mejorar las propiedades y la procesabilidad. En la composición polimérica se pueden emplear lubricantes, por ejemplo, que son capaces de soportar las condiciones de procesamiento del polímero cristalino líquido sin descomposición sustancial. Ejemplos de dichos lubricantes incluyen ésteres de ácidos grasos, las sales de los mismos, ésteres, amidas de ácidos grasos, ésteres de fosfato orgánico y ceras de hidrocarburo del tipo comúnmente usado como lubricante en el procesamiento de ingeniería de materiales plásticos, incluyendo mezclas de los mismos. Los ácidos grasos adecuados normalmente tienen una cadena carbonada principal de aproximadamente 12 a aproximadamente 60 átomos de carbono, tal como ácido mirístico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido aráquico, ácido montánico, ácido octadecinico, ácido parínrico, y demás. Los ésteres adecuados incluyen ésteres de ácidos grasos, ésteres de alcoholes grasos, ésteres de cera, ésteres de glicerol, ésteres de glicol y ésteres complejos. Las amidas de ácidos grasos incluyen amidas primarias grasas, amidas secundarias grasas, bisamidas y alcanolamidas de metileno y etileno como, por ejemplo, amida de ácido palmítico, amida de ácido esteárico, amida de ácido oleico, N,N'-etilenbisestearamida y demás. También son adecuadas las sales metálicas de ácidos grasos como estearato de calcio, estearato de zinc, estearato de magnesio, y demás; ceras de hidrocarburo, incluyendo ceras de parafina, ceras de poliolefina y poliolefina oxidada, y ceras microcristalinas. Los lubricantes particularmente adecuados son ácidos, sales o amidas de ácido esteárico, como tetraestearato de pentaeritritol, estearato de calcio o N,N'-etilenbisestearamida. Cuando se emplea(n), el(los) lubricante(s) normalmente constituye(n) de aproximadamente el 0,05 % en peso a aproximadamente el 1,5 % en peso y, en algunas realizaciones, de aproximadamente el 0,1 % en peso a aproximadamente el 0,5 % en peso (en peso) de la composición polimérica.

II. Formación

Los componentes de la composición polimérica (por ejemplo, polímero(s) cristalino(s) líquido(s), material(es) térmicamente conductor(es) particulado(s), etc.) se pueden procesar por fusión o mezclar juntos. Los componentes se pueden suministrar por separado o en combinación a una extrusora, que incluye al menos un tornillo montado de manera giratoria, y recibir dentro de un barril (por ejemplo, un barril cilíndrico), y se puede definir una sección de alimentación y una sección de fusión ubicada aguas abajo de la sección de alimentación a lo largo de la longitud del tornillo. La extrusora puede ser una extrusora de tornillo simple o de tornillo doble. La velocidad del tornillo se puede seleccionar para lograr el tiempo de residencia, la velocidad de cizallamiento, la temperatura de fusión de procesamiento, etc., que se desean. Por ejemplo, la velocidad del tornillo puede oscilar desde aproximadamente 50 a aproximadamente 800 revoluciones por minuto ("rpm"), en algunas realizaciones de aproximadamente 70 a aproximadamente 150 rpm y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 80 a aproximadamente 120 rpm. La velocidad de cizallamiento aparente durante el mezclado de material fundido también puede oscilar desde aproximadamente 100 segundos'1 a aproximadamente 10.000 segundos'1, en algunas realizaciones de aproximadamente 500 segundos-1 a aproximadamente 5000 segundos-1 y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 800 segundos-1 a aproximadamente 1200 segundos-1. La velocidad de cizallamiento aparente es igual a4QT/nR3,donde Q es el caudal volumétrico ("m3/s") de la masa fundida del polímero y R es el radio ("m") del capilar (por ejemplo, la boquilla extrusora) a través del cual fluye el polímero fundido.

Independientemente de la manera particular en la que se forma, la composición polimérica resultante puede poseer excelentes propiedades térmicas. Por ejemplo, la viscosidad de fusión de la composición polimérica puede ser lo suficientemente baja como para que esta pueda fluir fácilmente hacia la cavidad de un molde que tenga pequeñas dimensiones. En una realización particular, la composición polimérica puede tener una viscosidad de fusión de aproximadamente 500 Pa-s o menos, en algunas realizaciones de aproximadamente 50 a aproximadamente 450 Pas, en algunas realizaciones de aproximadamente 60 a aproximadamente 400 Pa-s, en algunas realizaciones de aproximadamente 80 a aproximadamente 370 Pa-s y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 150 a aproximadamente 350 Pa-s, determinada a una velocidad de cizallamiento de 400 segundos'1. La viscosidad de fusión se puede determinar de acuerdo con el ensayo ISO n.° 11443:2005 a una temperatura que es 45 °C más alta que la temperatura de fusión de la composición (por ejemplo, aproximadamente 350 °C).

Por supuesto, además de las indicadas anteriormente, la composición polimérica también puede exhibir otras buenas propiedades de resistencia. Por ejemplo, la composición puede exhibir una resistencia al impacto Charpy sin muescas de aproximadamente 1 kJ/m2, en algunas realizaciones de aproximadamente 2 a aproximadamente 40 kJ/m2, y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 3 a aproximadamente 30 kJ/m2, medida a 23 °C de acuerdo con la prueba ISO n.° 179-1:2010 (técnicamente equivalente a ASTM D256-10e1). La composición también puede exhibir una resistencia elástica de aproximadamente 10 a aproximadamente 500 MPa, en algunas realizaciones de aproximadamente 20 a aproximadamente 400 MPa y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 30 a aproximadamente 350 MPa; un estrés elástico de ruptura de aproximadamente el 0,3% o más, en algunas realizaciones de aproximadamente el 0,5% a aproximadamente el 15% y, en algunas realizaciones, de aproximadamente el 0,6 % a aproximadamente el 10 %; y/o un módulo elástico de aproximadamente 4000 MPa a aproximadamente 30.000 MPa, en algunas realizaciones de aproximadamente 6000 MPa a aproximadamente 25.000 MPa y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 7000 MPa a aproximadamente 20.000 MPa. Las propiedades elásticas se pueden determinar de acuerdo con la prueba ISO n.° 527:2012 (técnicamente equivalente a la norma ASTM D638-14) a 23 °C. La composición también puede exhibir una resistencia a la flexión de aproximadamente 30 a aproximadamente 500 MPa, en algunas realizaciones de aproximadamente 40 a aproximadamente 400 MPa y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 50 a aproximadamente 350 MPa y/o un estrés de ruptura por flexión de aproximadamente el 0,3 % o más, en algunas realizaciones de aproximadamente el 0,4 % a aproximadamente el 15 % y, en algunas realizaciones, de aproximadamente el 0,6 % a aproximadamente el 10 %. Las propiedades de flexión se pueden determinar de acuerdo con la prueba ISO n.° 178:2010 (técnicamente equivalente a la norma ASTM D790-10) a 23 °C. La composición también puede exhibir una temperatura de deformación bajo carga (DTUL, por sus siglas en inglés) de aproximadamente 180 °C o más y, en algunas realizaciones, de aproximadamente 190 °C a aproximadamente 280 °C, medida de acuerdo con la norma ASTM D648-07 (técnicamente equivalente a la prueba<i>S<o>n.° 75-2:2013) a una carga especificada de 1,8 MPa.

III. Sonda ultrasónica

Como se indicó anteriormente, la composición polimérica de la presente invención se emplea en al menos una porción de una sonda transductora ultrasónica. La sonda se puede usar para generar imágenes bidimensionales y/o tridimensionales, puede ser lineal, convexa (curvada), en fase (sector), simple, o de tipo TV. En términos generales, la sonda ultrasónica contiene al menos un transductor ultrasónico que incluye una matriz de elementos transductores capaces de convertir energía eléctrica en energía acústica ultrasónica para su emisión hacia una región de interés. La sonda también contiene un material de atenuación que es capaz de inhibir el retorno de la energía acústica ultrasónica de vuelta hacia el transductor ultrasónico después de la emisión hacia la región de interés.

La configuración particular de la sonda puede variar como se conoce por los expertos en la materia. Con referencia a la figura 1, por ejemplo, se muestra una realización de una sonda ultrasónica 100 que incluye al menos un transductor ultrasónico 103. El transductor ultrasónico 103 puede ser una capa mecánicamente activa, operable para convertir energía eléctrica en energía mecánica (por ejemplo, acústica) y/o convertir energía mecánica en energía eléctrica. Por ejemplo, el transductor ultrasónico 103 puede ser operable para convertir señales eléctricas del aparato de generación de imagen por ultrasonido 109 en energía acústica ultrasónica. Además, el transductor ultrasónico 103 puede ser operable para convertir la energía acústica ultrasónica recibida en señales eléctricas. El transductor ultrasónico 103 puede contener al menos un electrodo de tierra 112 y al menos un electrodo de señal 113. El electrodo de señal 113 y el electrodo de tierra 112 pueden estar interconectados eléctricamente al aparato de generación de imagen por ultrasonido 109 mediante al menos una conexión de señal 110 (por ejemplo, al menos un cable de señal) y al menos una conexión a tierra 111 (por ejemplo, al menos un cable a tierra), respectivamente. El transductor ultrasónico 103 también puede contener una matriz de elementos transductores individuales (no mostrados) que pueden estar, cada uno, conectados eléctricamente al aparato de generación de imagen por ultrasonido 109 a través de una conexión de señal y una conexión a tierra. La matriz puede ser una matriz unidimensional que incluye una única fila de elementos transductores individuales, o una matriz multidimensional (por ejemplo, bidimensional) que incluye elementos transductores individuales ordenados, por ejemplo, en múltiples columnas y múltiples filas. Las conexiones a tierra de la matriz completa se pueden agregar y conectar eléctricamente al aparato de generación de imagen por ultrasonido 109 a través de una conexión a tierra única.

Para generar una imagen por ultrasonido, el aparato de generación de imagen por ultrasonido 109 puede enviar señales eléctricas al transductor ultrasónico 103, que a su vez puede convertir la energía eléctrica en energía acústica ultrasónica 104 para su emisión hacia una región de interés 102. La región de interés 102 puede ser una estructura interna de un paciente, como un órgano. La estructura dentro de la región de interés 102 puede reflejar una porción de la energía acústica 106 de vuelta hacia el transductor ultrasónico 103. La energía acústica reflejada 106 se puede convertir en señales eléctricas mediante el transductor ultrasónico 103, que se pueden enviar al aparato de generación de imagen por ultrasonido 109 donde las señales se pueden procesar y se puede generar una imagen de la región de interés 102. El proceso de conversión de las señales eléctricas del aparato de generación de imagen por ultrasonido 109 en energía acústica ultrasónica 104 también puede producir energía acústica adicional 107 dirigida en direcciones distintas a la región de interés 102. Esta energía acústica adicional 107 se puede reflejar en diferentes estructuras, como la carcasa 101 de la sonda de ultrasonido 100, y volver al transductor ultrasónico 103, donde se puede convertir en señales eléctricas. Las señales eléctricas de la energía acústica adicional reflejada 107 pueden interferir con las señales eléctricas de la energía acústica reflejada 106. Tal interferencia puede dar como resultado una degradación de la calidad de imagen.

De ese modo, para reducir la interferencia de la energía acústica adicional reflejada 107, se puede incluir un material de atenuación acústica 108 en la sonda de ultrasonido 100. El material de atenuación acústica 108 se puede interconectar al transductor ultrasónico 103 a lo largo de una superficie del transductor ultrasónico 103 opuesta a la superficie del transductor ultrasónico 103 que se orienta hacia la región de interés 102 (por ejemplo, una superficie posterior del transductor ultrasónico 103). El material de atenuación acústica 108 puede evitar que una cantidad sustancial de la energía acústica adicional 107 regrese a la superficie posterior del transductor ultrasónico 103. El material de atenuación acústica 108 también puede reducir la cantidad de energía acústica que llega a la superficie posterior del transductor ultrasónico 103 desde otras fuentes. A este respecto, el material de atenuación acústica 108 puede proporcionar una interferencia reducida y una calidad de imagen mejorada. En las realizaciones en las que el material de atenuación acústica 108 está conectado directamente al transductor ultrasónico 103, la conexión de señal 110 puede pasar a través del material de atenuación acústica 108.

El material de atenuación acústica 108 también se puede posicionar en otras ubicaciones dentro de la sonda de ultrasonido 100 para atenuar la energía acústica dentro de la sonda de ultrasonido 100. Por ejemplo, se puede colocar una cantidad de material de atenuación acústica 114 contra la carcasa 101 o incluso formando la totalidad o una parte de la carcasa 101 para amortiguar (por ejemplo, absorber) la energía acústica que, de lo contrario, se podría reflejar en una superficie interior de la carcasa 101 y reducir la calidad de imagen. Aunque en la figura 1 se ilustra un lado completo del interior de la carcasa 101 como revestimiento, también se debe entender que el material de atenuación acústica 114 se puede colocar a lo largo de cualquier superficie de la carcasa 101 o porción de la misma donde pueda ser beneficioso atenuar la energía acústica. El material de atenuación acústica 114 también se puede ubicar adyacente a otras estructuras dentro de la sonda de ultrasonido 100 (por ejemplo, placas de circuito) para atenuar la energía acústica que de otro modo se podría reflejar fuera de esas otras estructuras.

En la figura 2 se ilustra una vista en perspectiva de una realización particular de un conjunto de sonda de ultrasonido 1200. El conjunto de sonda 1200 incluye una carcasa 1201 y un cable 1202. El cable 1202 está interconectado a un aparato de generación de imagen por ultrasonido (no mostrado). En general, el conjunto de sonda 1200 incluye una pluralidad de transductores ultrasónicos contenidos dentro de la carcasa 1201 y operables para transmitir energía ultrasónica a través de una cara 1203 del conjunto de sonda a lo largo de un extremo del conjunto de sonda 1200. La energía ultrasónica, en forma de ondas acústicas, se puede dirigir a través de la superficie exterior de un paciente y hacia la estructura interna del paciente. Las ondas acústicas pueden interactuar y reflejarse en diferentes características internas. Estos reflejos se pueden detectar a continuación por el conjunto de sonda 1200 y visualizar como imágenes de la estructura interna del paciente por el aparato de generación de imagen por ultrasonido.

El conjunto de sonda 1200 se puede operar para escanear un volumen de imagen 1208. Esto se puede lograr mediante el montaje de una matriz unidimensional de transductores en un miembro móvil. En general, las matrices unidimensionales de transductores incluyen una fila única que contiene una pluralidad de elementos transductores a lo largo de un eje longitudinal 1205. A través del control electrónico, se puede barrer un haz de energía acústica a lo largo del eje longitudinal 1205. Parte de la energía acústica se refleja de vuelta a la matriz de transductores donde es convertida por la matriz de transductores de energía acústica en señales eléctricas. Estas señales eléctricas se pueden convertir a continuación en una imagen bidimensional del área barrida por la energía acústica. El conjunto de sonda 1200 puede contener una matriz unidimensional de transductores que puede ser barrida mecánicamente (por ejemplo, puede ser rotado) a lo largo de un eje de elevación 1204. De ese modo, a través de una combinación de barrido electrónico a lo largo de un eje longitudinal 1205 y de barrido mecánico de la matriz de transductores a lo largo de un eje de elevación 1204, se puede barrer un haz de energía acústica a través del volumen de imagen 1208. La energía reflejada de vuelta a la matriz de transductores se puede convertir en una imagen tridimensional del volumen de imagen 1208.

La matriz de transductores en el conjunto de sonda 1200 también puede ser una matriz bidimensional que puede ser barrida mecánicamente (por ejemplo, puede ser rotado) a lo largo de un eje de elevación 1204. La dimensión de la matriz perpendicular al eje de rotación (por ejemplo, el eje de elevación 1204) se puede utilizar para controlar adicionalmente la energía acústica transmitida. Por ejemplo, se pueden usar transductores a lo largo del eje de elevación 1204 para dar forma a la energía acústica para reducir los lóbulos laterales y mejorar el enfoque a lo largo del eje de elevación 1204.

Volviendo a la figura 3, se presenta una vista esquemática en sección transversal de un sistema transductor ultrasónico unidimensional 1300. El sistema transductor ultrasónico 1300 tiene un eje longitudinal 1305 y un eje de elevación 1304, que, por ejemplo, son similares al eje longitudinal 1205 y al eje de elevación 1204, respectivamente, del conjunto de sonda de la figura 2. El sistema transductor ultrasónico 1300 puede ser operable para transmitir y/o recibir señales ultrasónicas.

En general, como se conoce por los expertos en la materia, un transductor 1315 (que comprende una capa activa tal como la capa piezoeléctrica 1306 y cualquier capa compatible opcional unida a la misma que se describe a continuación) se puede dividir en un número predeterminado de secciones discretas (por ejemplo, las secciones 1309a a 1309n, donde n representa el número predeterminado de secciones discretas) a lo largo del eje longitudinal 1305. Cada una de estas secciones discretas puede ser un elemento transductor (por ejemplo, la sección discreta 1309a puede ser un elemento transductor). Las secciones discretas se pueden interconectar eléctricamente de modo que dos o más de las secciones discretas operen como un único elemento transductor (por ejemplo, las secciones discretas 1309a y 1309b se pueden interconectar eléctricamente y funcionar como un único elemento transductor). También puede estar presente un soporte 1313.

En la figura 3 se muestra el sistema transductor ultrasónico 1300 siendo recto a lo largo del eje longitudinal 1305. El sistema transductor ultrasónico 1300 puede estar curvado a lo largo del eje longitudinal 1305. Esta curvatura se puede lograr, por ejemplo, colocando elementos transductores planos individuales en ángulos entre sí a lo largo del eje longitudinal 1305. En la figura 3 también se muestran los elementos transductores individuales del sistema transductor ultrasónico 1300 como planos a lo largo del eje de elevación 1304. En una configuración alternativa, los elementos transductores individuales del sistema transductor ultrasónico 1300 pueden estar curvados a lo largo del eje de elevación 1304.

El transductor 1315 puede incluir una capa piezoeléctrica 1306. La capa piezoeléctrica 1306 puede incluir una capa de material piezoeléctrico 1320, una primera capa de electrodo 1321 y una segunda capa de electrodo 1322. La capa de material piezoeléctrico 1320 puede incluir un material basado en cerámica (por ejemplo, titanato de zirconato de plomo (PZT, por sus siglas en inglés)). La primera capa de electrodo 1321 y la segunda capa de electrodo 1322 pueden incluir una o más capas de material eléctricamente conductor. La porción de la primera capa de electrodo 1321 conectada a cada elemento transductor individual puede servir como electrodo de señal para ese elemento transductor individual. Asimismo, la porción de la segunda capa de electrodo 1322 conectada a cada elemento transductor individual puede servir como electrodo de tierra para ese elemento transductor individual.

En general, los electrodos de señal y los electrodos de tierra están ordenados como se ilustra en la figura 3, con el electrodo de tierra en el lado del material piezoeléctrico 1320 que se orienta hacia la región de la que se va a generar una imagen. La posición de los electrodos de señal y de tierra se puede invertir. En dichas realizaciones, puede ser necesario proporcionar una capa de puesta a tierra adicional para proteger la capa de señal. Los electrodos de tierra pueden ser electrodos individuales como se ilustra en la figura 3 o pueden ser una capa continua de material de puesta a tierra situada sobre cada uno de los elementos transductores individuales. Los electrodos de elementos transductores individuales se pueden interconectar a circuitos electrónicos, que puede proporcionar generación y detección de ondas acústicas.

Se pueden interconectar capas compatibles acústicas opcionales a la capa piezoeléctrica 1306. En el sistema transductor ultrasónico 1300 de la figura 3 se muestra una primera capa compatible opcional 1307 y una segunda capa compatible opcional 1308 interconectada a la capa piezoeléctrica 1306. La presencia y el número de capas compatibles opcionales pueden variar respecto a la configuración que se ilustra en la figura 3. El transductor 1315 comprende la capa piezoeléctrica 1306, junto con cualesquiera capas compatibles opcionales unidas a la misma.

La capa piezoeléctrica 1306 puede ser una capa mecánicamente activa, operable para convertir energía eléctrica en energía mecánica y energía mecánica en energía eléctrica. Como se ha descrito anteriormente, la capa piezoeléctrica 1306 puede incluir una capa de material PZT intercalada entre los electrodos de tierra y de señal. Una diversidad de componentes y materiales capaces de generar señales acústicas se pueden sustituir por al menos una porción de la capa piezoeléctrica 1306. Dichos componentes y materiales incluyen materiales cerámicos, materiales ferroeléctricos, materiales compuestos, transductores capacitivos de ultrasonido micromecanizados (CMUT, por sus siglas en inglés), transductores piezoeléctricos de ultrasonido micromecanizados (PMUT, por sus siglas en inglés) y cualquier combinación de los mismos. Independientemente de los componentes específicos, el principio electromecánico de funcionamiento o los materiales, la capa mecánicamente activa puede comprender un medio para convertir energía eléctrica en energía mecánica y energía mecánica en energía eléctrica, teniendo una cara acústica 1314 y una pluralidad de elementos transductores que se pueden controlar individualmente. En general, cualquier sistema conocido por los expertos en la materia para generar señales acústicas ultrasónicas que se puedan usar para fines de generación de imágenes se puede usar en la capa mecánicamente activa.

Cada sección discreta individual puede estar separada de las secciones discretas vecinas por entalladuras (por ejemplo, la entalladura 1310 entre las secciones discretas 1309c y 1309d) producidas durante el proceso de corte del transductor 1315. Las entalladuras se pueden rellenar con un material de relleno. Adicionalmente, una o más lentes acústicas pueden estar interconectadas a la cara acústica 1314.

A medida que la capa piezoeléctrica 1306 emite energía acústica, algo de energía acústica pasará al soporte 1313. Dado que dicha energía acústica no se dirige al volumen de imagen 1208, es deseable que esta energía acústica sea atenuada. La atenuación de esta energía acústica ayuda a reducir la cantidad de energía acústica que se refleja de vuelta en la capa piezoeléctrica 1306 a través del lado posterior de la capa piezoeléctrica 1306. Dicha energía acústica reflejada puede interferir con la energía acústica que se refleja de vuelta al piezoeléctrico 1306 desde el volumen de imagen 1208, lo que puede dar como resultado la degradación de la imagen.

En la realización que se ilustra, el soporte 1313 incluye múltiples capas (por ejemplo, la primera capa 1301 y la segunda capa 1302). Por supuesto, se debe entender que el soporte 1313 también puede estar formado por una sola capa. Independientemente, al menos una porción del soporte 1313 puede contener la composición polimérica de la presente invención para servir como material de atenuación acústica. En una realización, por ejemplo, la segunda capa 1302 y/o la primera capa 1301 se pueden formar a partir de la composición polimérica. Por supuesto, dichas capas también pueden contener otros materiales conocidos por los expertos en la materia del diseño de transductores ultrasónicos, tales como, por ejemplo, resinas epoxi, goma de silicona, tungsteno, óxido de aluminio, mica, microesferas o una combinación de los mismos.

Los componentes de la sonda ultrasónica que se forman a partir de la composición polimérica (por ejemplo, el soporte, la carcasa, etc.) se pueden formar usando una variedad de técnicas diferentes. Las técnicas adecuadas pueden incluir, por ejemplo, moldeo por inyección, moldeo por inyección a baja presión, moldeo por compresión por extrusión, moldeo por inyección de gas, moldeo por inyección de espuma, moldeo por inyección de gas a baja presión, moldeo por inyección de espuma a baja presión, moldeo por compresión por extrusión de gas, moldeo por compresión por extrusión de espuma, moldeo por extrusión, moldeo por extrusión de espuma, moldeo por compresión, moldeo por compresión de espuma, moldeo por compresión de gas, etc. Por ejemplo, se puede emplear un sistema de moldeo por inyección que incluye un molde dentro del cual se puede inyectar la composición polimérica. El tiempo dentro del inyector se puede controlar y optimizar para que la matriz polimérica no se solidifique antes de tiempo. Cuando se alcanza el tiempo de ciclo y el barril está lleno para la descarga, se puede usar un pistón para inyectar la composición en la cavidad del molde. También se pueden emplear sistemas de moldeo por compresión. Como con el moldeo por inyección, la conformación de la composición polimérica en el artículo deseado también se produce dentro de un molde. La composición se puede colocar en el molde de compresión usando cualquier técnica conocida, como mediante la recogida por un brazo robótico automatizado. La temperatura del molde se puede mantener en o por encima de la temperatura de solidificación de la matriz polimérica durante un período de tiempo deseado para permitir la solidificación. El producto moldeado se puede solidificar entonces llevándolo a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión. El producto resultante se puede desmoldar. El tiempo de ciclo para cada proceso de moldeo se puede ajustar para adaptarse a la matriz polimérica, para lograr una unión suficiente y para mejorar la productividad general del proceso.

La presente invención se puede entender mejor con referencia al siguiente ejemplo.

Métodos de prueba

Conductividad térmica:Los valores de conductividad térmica en el plano y a través del plano se determinan de acuerdo con la norma ASTM E1461-13.

Viscosidad de fusión:La viscosidad de fusión (Pa-s) se puede determinar de acuerdo con el ensayo ISO n.° 11443:2005 a una velocidad de cizallamiento de 400 s-1 y una temperatura 45 °C por encima de la temperatura de fusión (por ejemplo, aproximadamente 305 °C) usando un reómetro capilar Dynisco LCR7001. El orificio del reómetro (boquilla) tenía un diámetro de 1 mm, una longitud de 20 mm, una relación LID de 20,1 y un ángulo de entrada de 180°. El diámetro del barril era de 9,55 mm 0,005 mm y la longitud de la varilla era de 233,4 mm.

Temperatura de fusión:La temperatura de fusión ("Tm", por sus siglas en inglés) se puede determinar mediante calorimetría diferencial de barrido ("DSC", por sus siglas en inglés) como se conoce en la técnica. La temperatura de fusión es la temperatura de fusión máxima de calorimetría diferencial de barrido (DSC, por sus siglas en inglés) determinada mediante la prueba ISO n.° 11357-2:2013. En el procedimiento de DSC, las muestras se calentaron y se enfriaron a 20 °C por minuto como se indica en la Norma ISO 10350 usando mediciones de DSC realizadas en un instrumento TA<q>2000.

Temperatura de deformación bajo carga ("DTUL"):La temperatura de deformación bajo carga se puede determinar de acuerdo con la prueba ISO n.° 75-2:2013 (técnicamente equivalente a la Norma ASTM D648-07). Más particularmente, una muestra de tira de ensayo con una longitud de 80 mm, un grosor de 10 mm y un ancho de 4 mm se puede someter a una prueba de doblado de canto en tres puntos en la que la carga especificada (tensión máxima de las fibras externas) fue de 1,8 megapascales. La muestra se puede sumergir en un baño de aceite de silicona donde la temperatura se eleva a 2 °C por minuto hasta que se desvía 0,25 mm (0,32 mm para la prueba ISO n.° 75-2:2013).

Módulo elástico, estrés elástico y elongación elástica:Las propiedades elásticas se pueden ensayar de acuerdo con la prueba ISO n.° 527:2012 (técnicamente equivalente a la norma ASTM D638-14). Las mediciones de módulo y resistencia se pueden realizar en la misma muestra de tira de ensayo que tiene una longitud de 80 mm, grosor de l0 mm y ancho de 4 mm. La temperatura de prueba puede ser de 23 °C y las velocidades de prueba pueden ser de 1 o 5 mm/min.

Módulo de flexión, estrés por flexión y elongación por flexión:Las propiedades de flexión se pueden ensayar de acuerdo con la prueba ISO n.° 178:2010 (técnicamente equivalente a la norma ASTM D790-10). Esta prueba se puede realizar en un tramo de soporte de 64 mm. Las pruebas se pueden realizar en las porciones centrales de las barras multiusos ISO 3167 sin cortar. La temperatura de prueba puede ser de 23 °C y la velocidad de prueba puede ser de 2 mm/min.

Resistencia al impacto Charpy sin muescas:Las propiedades Charpy se pueden ensayar de acuerdo con la prueba ISO n.° 179-1:2010) (técnicamente equivalente a la norma ASTM D256-10, Método B). Esta prueba se puede realizar usando un tamaño de espécimen Tipo 1 (longitud de 80 mm, ancho de 10 mm y grosor de 4 mm). La temperatura de prueba puede ser de 23 °C.

Ejemplo

Una composición polimérica para usar en una sonda ultrasónica se puede formar a partir de un 55 % en peso de escamas de grafito y un 45 % en peso de un polímero cristalino líquido como se describe en el presente documento. La composición puede exhibir las propiedades térmicas y mecánicas que se exponen en la tabla a continuación.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Una sonda ultrasónica (100, 1200) que comprende: un transductor ultrasónico (103, 1315) que incluye una matriz de elementos transductores capaces de convertir energía eléctrica en energía acústica ultrasónica para su emisión hacia una región de interés; y un material de atenuación (108, 114) que es capaz de inhibir el retorno de la energía acústica ultrasónica de vuelta hacia el transductor ultrasónico (103, 1315) después de la emisión hacia la región de interés, en donde el material de atenuación (108, 114) comprende una composición polimérica que incluye un polímero cristalino líquido y un material térmicamente conductor particulado, caracterizado por que el material térmicamente conductor particulado está presente en la composición polimérica en una cantidad de aproximadamente 50 a aproximadamente 200 partes por 100 partes del polímero cristalino líquido, el polímero cristalino líquido tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 270 °C o más y una viscosidad de fusión de aproximadamente 500 Pa-s o menos, determinada a una temperatura de 45 °C por encima de la temperatura de fusión y una velocidad de cizallamiento de 400 s-1 de acuerdo con la prueba ISO n.° 11443:2005, y la composición polimérica tiene una conductividad a través del plano de aproximadamente 0,2 W/mK o más.
2. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, en donde el polímero cristalino líquido comprende unidades repetitivas (1) a (3):

en donde, Ra, Rb y Rf son independientemente alquinilo, alquilo, alquenilo, arilo, heteroarilo, cicloalquilo, heterociclilo, halo o haloalquilo; e l, m y q son independientemente un número entero de 0 a 4, preferiblemente en donde las unidades repetitivas (1) se derivan de ácido 4-hidroxibenzoico, las unidades repetitivas (2) se derivan de hidroquinona y las unidades repetitivas (3) son de ácido isoftálico.
3. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 2, en donde las unidades repetitivas (1) constituyen de aproximadamente el 40 % en moles a aproximadamente el 80 % en moles del polímero, y en donde cada una de las unidades repetitivas (2) y (3) constituye de aproximadamente el 1 % en moles a aproximadamente el 20 % en moles del polímero, o la relación molar de unidades repetitivas (2) con respecto a unidades repetitivas (3) es de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 2.
4. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 2, en donde el polímero cristalino líquido comprende además unidades repetitivas (4) y (5):

en donde, Rc, Rd y Re son independientemente alquinilo, alquilo, alquenilo, arilo, heteroarilo, cicloalquilo, heterociclilo, halo o haloalquilo; y n, o y p son independientemente un número entero de 0 a 4, preferiblemente en donde las unidades repetitivas (4) se derivan de 4,4'-bifenol y las unidades repetitivas (5) se derivan de ácido tereftálico.
5. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 4, en donde cada una de las unidades repetitivas (4) y (5) constituye de aproximadamente el 5 % en moles a aproximadamente el 30 % en moles del polímero, y/o en donde la relación molar de unidades repetitivas (5) con respecto a unidades repetitivas (4) es de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 2.
6. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, en donde el material térmicamente conductor particulado tiene un tamaño promedio de aproximadamente 100 a aproximadamente 2000 micrómetros y/o en donde el material térmicamente conductor particulado tiene una conductividad térmica intrínseca de aproximadamente 50 W/m-K o más.
7. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, en donde el material térmicamente conductor particulado incluye nitruro de boro, nitruro de aluminio, nitruro de silicio y magnesio, grafito, carburo de silicio, nanotubos de carbono, negro de carbón, óxido metálico, polvo metálico o una combinación de los mismos.
8. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, en donde el material térmicamente conductor particulado está presente en la composición polimérica en una cantidad de aproximadamente 70 a aproximadamente 180 partes por 100 partes del polímero cristalino líquido.
9. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, en donde el material térmicamente conductor particulado constituye de aproximadamente el 25 % en peso a aproximadamente el 70 % en peso de la composición polimérica y los polímeros cristalinos líquidos constituyen de aproximadamente el 30 % en peso a aproximadamente el 75 % en peso de la composición polimérica.
10. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, en donde la composición polimérica tiene una conductividad a través del plano de aproximadamente 4 a aproximadamente 15 W/m-K.
11. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, en donde la sonda ultrasónica está conectada a un aparato de generación de imagen por ultrasonido (109) que está configurado para enviar la energía eléctrica al transductor ultrasónico (103, 1315).
12. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, en donde el material de atenuación (108, 114) está conectado eléctricamente a una superficie del transductor ultrasónico (103, 1315).
13. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 1, que comprende además una carcasa (101, 1201) que encierra al transductor ultrasónico (103, 1315).
14. La sonda ultrasónica (100, 1200) de la reivindicación 13, en donde al menos una porción de la carcasa (101, 1201) está formada a partir del material de atenuación (108, 114), preferiblemente el material de atenuación está posicionado sobre una superficie de la carcasa.
15. La sonda ultrasónica (1200) de la reivindicación 1, en donde el transductor ultrasónico (1315) incluye una capa piezoeléctrica (1306) posicionada de forma adyacente a un soporte (1313), preferiblemente en donde el soporte (1313) incluye el material de atenuación.