涂覆聚合物膜的Love波传播特性

该文计算了涂覆聚合物膜的Love波传感器波速和波导层相对膜厚的关系,并进行了实验验证。Love波器件以ST-90°X石英晶体为基片,在基片表面镀一层不同膜厚的聚乙烯醇(PVA)膜作为波导层兼吸湿层。采用网络分析仪测量了相对湿度35%左右器件的工作频率和插入损耗分别随膜厚的变化,算出Love波波速和PVA相对膜厚的关系,当PVA膜厚度从0增大到波长的5%时,Love波速度由约4 992m/s降低到4 840m/s,和理论计算结果一致。     

一种Love波器件三维建模及特性研究

为了准确表征Love波器件的质点位移和色散关系,提出了一种Love波器件三维建模方案。在Love波器件的三维建模中,该方案用有限数量单元去逼近实际Love波器件的真实物理结构和叉指换能器、波导层等实际载荷工况。通过一个压电基片材料为128°YX-LiNbO3,金属叉指换能器为Al电极,波导层材料为ZnO薄膜的Love波器件三维模型实验,验证了该Love波器件建模方案的可行性。实验结果表明,在49~51 MHz的频率范围内,Love波模态声波的频率为49.072 MHz、49.295 MHz、49.607 MHz和50.062 MHz。在这4个频率处Love波仅存在X方向质点位移的变化,Y和Z方向的质点位移都为0。器件的色散关系为随着角频率增大,Love波的速度逐渐减小。     

乐甫波器件温度特性实验研究

研究了基于ST-90°X石英基片和SU-8波导层的乐甫波器件的温度特性。采用电极宽度控制单向单相(EWC/SPUDT)结构和铝电极,设计制作了具有单一模式控制功能和低插入损耗的150 MHz剪切型声表面波(SH-SAW)延迟线器件,并在其表面涂覆不同膜厚的SU-8声波导层构成系列乐甫波器件。由于SU-8波导层与石英基片温度系数的相反极性特性,SU-8膜厚直接影响到了乐甫波器件的温度特性。实验发现,覆盖不同膜厚的SU-8的乐甫波器件的中心频率随温度呈非线性变化,且在60~80℃内,SU-8膜厚为0.95μm时,其频率温度系数约为0.830×10-6/℃。     

36°YX-LiTaO_3/SiO_2结构Love波气体传感器研究

该文研究了一种覆盖六氟-2-羟基异丙基聚硅氧烷(SXFA)敏感膜,并针对有机磷化学物检测的新型Love波传感器,采用36°YX-LiTaO3与SiO2分别作为Love波延迟线器件的压电基底与波导层材料。将所研制的Love波器件作为差分振荡器的频率控制单元,结合SXFA敏感膜,开展了针对甲基磷酸二甲(DMMP)的气体传感实验,分析了不同波导层膜厚对Love波传感器气体响应的影响,并与传统瑞利型声表面波模式的气体传感器性能进行了对比,实验结果显示,Love波模式传感器表现出高灵敏度特性。     

基于PVA/ST-90°X石英的Love波湿度传感器的实验研究

报道了覆盖聚合物敏感膜的Love波传感器的湿度检测性能。该传感器采用在ST-90°X石英基底上旋涂聚乙烯醇(PVA)膜作为波导层兼吸湿层,测量了密闭空间中相对湿度从9%增加到88%时器件的工作频率及损耗。实验表明,频率偏移和损耗增量均由吸附后质量负载所产生,其变化规律遵循第III类等温吸附曲线。     

TeOx薄膜的结构与声学特性研究

采用射频磁控溅射技术在不同条件、不同基片上制备氧化碲(TeOx)薄膜,并通过X线衍射、傅里叶变换红外光谱、X线光电子能谱等技术对制备的TeOx薄膜的结构和成分进行了分析.研制了TeOx/36°YX-LiTaO3结构的Love波器件,对Love波器件的延时温度系数(TCD)进行研究.结果表明,与36°YX-LiTaO3基片上制作的水平切变声波器件的延时温度系数相比,Love波器件的延时温度系数因TeOx薄膜的沉积而减小,故TeOx薄膜的延时温度系数为负值,其变化量取决于TeOx薄膜的制备条件和薄膜厚度.因此,TeOx/36°YX-LiTaO3结构Love波器件的延时温度系数可通过选择TeOx薄膜的制备条件和膜厚进行优化.     

Rayleigh波与Love波双模式声波产生器件的建模及特性北大核心

针对Rayleigh波和Love波两种声波不能在同一声波器件中产生的不足,提出了一种Rayleigh波与Love波双模式声波产生器件结构和三维建模方案。该三维建模方案用有限元分析法逼近压电基片、叉指换能器及波导层等实际器件结构和尺寸。通过一个压电基片材料为128°YXLiNbO3,波导层材料为ZnO,叉指换能器材料为Al电极的双模式声波产生器件三维模型实验,验证了该双模式声波产生器件的可行性。实验结果表明,在49-51 MHz的频率内,该双模式声波产生器件有一个Rayleigh波模态解和一个Love波模态解,其频率分别为49.5和49.7 MHz。在49.5 MHz处的Rayleigh波只存在Y和Z方向质点位移的周期性变化,X方向的质点位移为0,且Y方向位移与Z方向位移相位相差90°。在49.7 MHz处的Love波沿X方向传播,且只存在Y方向的质点位移,没有其他方向的质点位移,此时X方向为该Love波的纯模方向。     

基于磁控溅射的Love波器件ZnO波导层制备研究

以ZnO为靶材,采用射频磁控溅射技术,在制备有叉指换能器(IDT)的LiNbO3衬底上制备了具有ZnO波导层的Love器件。在制备过程中,溅射室真空度为4.0×10-4 Pa,溅射气压为5.4Pa,溅射时间为400min,溅射温度150℃。使用X线衍射仪对ZnO波导层的晶向和微观结构进行分析,并用网络分析仪对以ZnO为波导层的Love波器件进行响应特性分析。测试结果表明,制备的ZnO波导层具有高度(002)择优取向,平均晶粒尺寸为50.99nm,内应力较小。以该ZnO为波导层的Love器件的中心频率为101.764MHz,插入损耗为-21.2dB,具有较好的响应特性。     

声子晶体对ZnO/41°YX LiNbO3结构Love波器件性能的影响

利用三维有限元法(3D FEM)分析了Ni柱型声子晶体对(110)ZnO/41°YX LiNbO3结构Love波器件声学特性(包括相速度、机电耦合系数和质量灵敏度等)的影响。结果表明，Ni柱的引入对所激发Love波性能的影响较大，Love波1阶模式阈值提前(激发1阶模式Love波所需的导波层厚度减小到0.05)，机电耦合系数提高了约8%。同时，Ni 柱/(110)ZnO/41°YX LiNbO3结构Love波器件的质量灵敏度也得到改善，其Love波0阶和1阶模式的质量灵敏度较无Ni柱结构Love波器件分别提高了3倍和4倍。该研究结果为利用声子晶体结构实现高频声表面波器件的研制及其应用领域的拓宽提供了理论依据。     

双层YIG波导中静磁体波的传播特性

本文研究了在倾斜静磁场作用下,双层YIG薄膜波导结构中静磁体波的传播特性,得到了其色散的特征方程,计算了磁场倾角从5°到20°范围内双层波导结构中静磁体波传播的色散关系和延迟特性.结果表明,斜向场情况下在双层YIG薄膜结构中传播的静磁体波适合应用于高频范围,并且通过调节磁场倾角可以获得比单层膜波导结构更好的延迟率可调范围.斜向场情况下采用双层YIG薄膜结构,对于改进静磁波器件和磁光波导器件的性能具有十分重要的意义.     

声表面波飞机结冰传感器灵敏度及实验研究

声表面波飞机结冰传感器有望用于飞机结冰预测,其通过Love波的激发和在导波层中的传播变化,来敏感导波层表面冰的厚度及状态变化,而导波层的厚度对声表面波结冰传感器灵敏度具有重要影响.在学者Zimmermann的理论基础上,根据声表面波结冰传感器实际结构,计算得到导波层厚度对灵敏度影响的特性.通过对SiO2导波层及ST90°石英晶体压电材料进行实例计算,得其厚度在9.6 μm处灵敏度最高,并通过实验对0.004 2 m厚的冰层进行实验,得到冰层中Love波的传播速度,与理论计算吻合.     

表面波飞机结冰传感器的研究

首先分析了覆盖冰层的各向同性半无限大弹性体中的声表面波(SAW),求得了声表面波波速与冰层厚度间的关系.结果表明,当冰层厚度为0时,求得的波速与没有冰层覆盖相对应的半无限大弹性体的声表面波波速相同;当冰层厚度不断增加时,求得的声表面波波速趋向于冰层中的波速.随后分析了基体是各向同性无限大弹性板的情况.计算结果表明,由于弹性板与冰层的相互作用,实际振动会出现多个声表面波模态和相应的波速.     

Epitaxially grown GaN thin-film SAW filter with high velocity andlow insertion loss

This study proposes GaN thin film as a piezoelectric material for SAW (surface acoustic wave) filters. Highly piezoelectric GaN film with a good surface morphology (RMS roughness =0.7 nm) was obtained on a 2-in (0001)-oriented sapphire substrate by MOCVD growth. The fabricated GaN SAW filter exhibited a very high velocity of 5803 m/s and relatively low insertion loss of -7.7 dB, The attenuation of the center frequency was about 22 dB smaller than those at the tops of the first sidelobes. When the wavelength of the IDT electrode was 60 μm (λ/4=15 μm), the center frequency was measured at 96.6 MHz, thereby facilitating a ~GHz operation when the IDT geometry is designed on a 1 μm scale. The calculated electromechanical coupling factor (K²) was about 4.3±0.3% which is larger than those obtained from other thin film piezoelectric materials and allows the realization of wider filter fractional bandwidths. TCF (temperature coefficient of frequency) was measured as low as -18.3 ppm/°C in the range from -25 to 50°C. These superior characteristics demonstrate that epitaxially grown GaN thin film can be successfully used for high performance SAW filters     

Piezoelectric Elastic Surface Waves in Anisotropic Layered Media

Solutions for surface elastic waves propagating in a layered media consisting of a CdS film on a fused quartz substrate have been found. Piezoelectric coupling in the CdS has been included. The Rayleigh, Sezawa, and Love modes are discussed. The surface wave velocity, mechanical displacements, and electric fields are found as a function of layer thickness for the Rayleigb and Sezawa modes. Velocity dispersion was experimentally measured and found to be in good agreement with theory.     

激光冲击铜薄膜的应力波传播特性模拟分析

为了研究冲击波的传播特性,采用有限元分析方法模拟不同参量激光冲击铜薄膜的过程,结合应力波理论分析了膜-基系统的动态应力波传播特性。结果表明,激光能量为30mJ时,冲击波为弹性波,薄膜在单次冲击作用下,其内质点速率最大为-0.018mm/s,3次冲击作用下,薄膜内部质点速度与残余应变变化较小;激光能量为120mJ时,冲击波为弹塑性波,3次冲击比单次冲击质点最大速率减小了26.44%,残余应变深度增加了35.48%。这对研究冲击波传播具有指导意义。     

强激光驱动高压冲击波特性研究

利用响应快、测压范围宽的新型绝缘膜组合式高聚物压电传感器 (PVDF压电传感器 )以及PIN硅光二极管和 PHIL IPS PM 332 0 A型示波器 ,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量。得到了激光冲击波在铝靶中的平均传播速度为 6 .38× 10 3 m/ s,与通常的声波纵波在铝中的传播速度 (6 4 0 0 m / s)很相近。激光引发的冲击波峰值压力在铝中的衰减规律是指数型的。     

压电致动微雾化器的压电-固-液耦合特性分析

针对微雾化器存在的多能域能量耦合问题,建立了压电微雾化器的固-液-声耦合模型,对其耦合特性进行了数值计算,并着重分析了液体层厚度对耦合性的影响,得到了液体层厚度对系统的结构振动、声压力波特性的影响规律.结果表明,由于液体层与固体的耦合作用,压电振子振动的同时,喷孔膜也产生振动,并且两者间存在相位关系;液体层的厚度直接影响结构的耦合性、谐振频率大小及背膜与喷孔膜的相位差,并且存在最佳的设计参数,当液体层厚度为500 μm时,谐振频率最大约是38 kHz,此时,可产生较大的声压力波及较大的流量.微雾化器设计时只考虑压电振子的振幅是不全面的,必须同时考虑喷孔膜的振动及与背膜的相位关系,新的设计原则可为微雾化器的优化设计提供指导依据.