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湖南大学在曲面监测用的柔性SAW传感器方面取得进展


  来源: MEMS 时间:2022-09-27 编辑:清风
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声表面波(surface acoustic wave, SAW)传感器在温度、紫外、应力应变等物理参量传感,化学战剂痕量检测和生物传感领域应用广泛。相较于传统的硬质SAW,新型柔性SAW能贴附在曲面上进行弯曲曲面监测,在智能蒙皮、曲面管道、柔性可穿戴等领域具有重要应用前景。但柔性SAW传感器进行弯曲曲面监测时候,很难与平面监测效果一致。这是因为,柔性SAW弯曲时,其谐振频率会因为弯曲(机械应变)发生偏移,从而强烈干扰对目标物质(如湿度、紫外线、气体或生物分子等)的探测。如何最小化或消除弯曲应变带来的干扰,实现曲面监测和平面监测效果的一致性是一个较大的难题。


针对上述挑战,近日,湖南大学段辉高、周剑团队提出了一种新策略,通过设计弯曲变形方向与声波传播方向之间的离轴角来最小化/消除机械弯曲应变对柔性SAW频率偏移的影响,实现平面监测和曲面监测的一致性。


该团队采用耦合波动方程和边界条件建立了柔性SAW器件理论模型,系统研究了弹性应变下层状器件的弯曲应变和离轴角对柔性SAW频率偏移的规律,获得了柔性SAW器件实现弯曲应变不灵敏的离轴角度。该团队还制备了AlN/超薄玻璃的层状结构柔性SAW器件,并在有应变干扰的湿度和紫外条件下,实现了抗应变干扰的湿度和紫外传感性能,突破了平面监测和曲面监测的一致性瓶颈。相关工作发表于Nature出版集团的合作期刊npj Flexible Electronics(IF 12)。


离轴角度为(a)0°、(b)90°和(c)一定角度时,SAW传感器弯曲状态的应变频率响应图;(d)柔性SAW弯曲应变不灵敏理论分析模型;(e) 柔性弯曲条件下的应变测试方法示意图。


柔性SAW应变不灵敏特性理论计算结果


具有抗应变干扰特性的柔性SAW传感器,可用于曲面上湿度和UV传感


该论文的通讯作者为湖南大学段辉高教授,第一作者为周剑副教授。英国诺桑比亚大学Yongqing Fu教授,新加坡南洋理工大学的Yuanjin Zheng教授及上海微技术工业研究院的古元冬教授在理论分析和材料制备上给予了指导。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省科技攻关项目、广东省重点研发计划项目等资助。


论文信息:

https://www.nature.com/articles/s41528-022-00217-0


关键词:湖南大学 曲面监测 柔性SAW传感器    浏览量:6390

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