基于声表面波实现数字微流体的产生

数字微流体的产生是压电材料为基片的微流控芯片进行微流分析的前提,报道了在压电基片上应用声表面波技术产生数字微流体的方法.在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上集成PDMS微通道,在微通道出口一侧为经疏水处理的铝薄片,注射泵产生恒定流量的微流体经PDMS微通道到达铝薄片并聚集,当聚集的微流体体积足够大时,微流体克服表面张力作用下滑到达压电基片,并在中心频率为27.7 MHz叉指换能器激发的声表面波作用下输运,实现微流体的数字化.同时,理论分析了微流体在铝薄片表面上受力状况,并以水为实验对象,进行微流体数字化实验.结果表明,声表面波作用下能精确产生微升量级数字微流体,为压电微流控芯片提供了一种新的微流体引入方法.     

基于声表面波技术数字微流体基片间输运研究

复杂的生化分析系统往往很难集成于一个微流基片中,而按功能分别集成于两个或多个基片,为此,需要实现质荷在两基片间输运.提出了采用声表面波技术实现数字微流体在压电基片和玻璃基片间输运的新方法,它在128°YX-LiNbO3基片上光刻一个叉指换能器和一个反射栅,经功率放大器放大后频率为27.5 MHz的RF信号加到叉指换能器上,它激发的声表面波驱动其声路径上的数字微流体,使其按声传播方向快速运动,并到达与其相连接且经疏水处理的弧形聚合物表面,数字微流体由于自身重力克服表面张力作用沿弧形聚合物表面滑落到玻璃基片,实现两基片间输运.实验结果表明弧形聚合物曲率半径和微流体体积的大小影响其在两基片间输运.同时,提出了较小体积的微流体采用不相溶的油作为辅助微流体实现目标数字微流体在两基片间输运.     

声表面波驱动微流体研究

报道了在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3基片上研制了微流体驱动器件。RF信号经功率放大器放大后馈入叉指换能器,由它激发的声表面波驱动微流体。为减少由于声波辐射引起微流体温度上升,提出了间接微流体驱动方法,即通过声表面波驱动中间微粒,再由此驱动目标微流体。实验表明:声表面波驱动微流体所需的RF信号功率决定于微流体体积和粘性;采用间接方法驱动1μL50%甘油水液滴,在10V的RF信号持续5min下其温度变化仅0.5℃,而相同条件下直接驱动该液滴,其温度上升12.6℃。     

基于声表面波技术实现纸基微流开关研究

提出了采用声表面波技术实现纸基微流开关的方法。它由127.68°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3压电基片和两个有一定间隙的纸微通道组成。压电基片上采用微电子工艺制作1个中心频率为27.5MHz的叉指换能器和1个反射栅,纸微流通道采用PDMS薄膜贴附于压电基片的声传播路径上,微流通道一侧微流体在没有声表面波作用时,微流...     

基于声表面波微液滴并行加热研究

提出了一种并行加热微液滴的方法。在128°旋转Y切割X传播方向的LiNbO3压电基片上采用微电子工艺制作叉指换能器和反射栅,在其声路径上贴合环形聚二甲基硅氧烷(PDMS)微槽,其内充满石蜡油微流体。设计有多个受热区的图案,经过激光切割转移到导热性良好的、厚度为0.3 mm的铜金属传热片上,并放置于PDMS微槽上。射频电信号加到叉指换能器上激发声表面波,辐射入微槽中的石蜡油微流体,并将能量通过传热片传递到受热区,进而加热受热区上的微液滴。以纯净水微液滴为实验对象,进行了多个微液滴并行加热实验。结果表明,在单个叉指换能器上加电信号激发的声表面波可同时加热多个微液滴,且其温度变化值随射频电信号功率增加而增加,同时,微液滴体积和受热区中并行加热的微液滴数影响其温度变化。     

声表面波器件的反射特性及性能

为了准确分析反射型声表面波器件参数对其性能的影响,基于耦合模理论和P矩阵方法建立了器件的耦合模模型,分析得到器件的电反射特性即反射系数S11曲线,并在128°Y-X LiNbO3压电基片试制了频率为90 MHz的多种参数的器件,分析与测试结果表明:单个叉指换能器器件的S11中心频率为91.26 MHz,幅值为-20.58 dB,与理论分析结果91.44 MHz和-19.21 dB相近;带有反射栅的器件比单个叉指换能器件在中心频率处S11幅值增大约8.5 dB,谐振峰增多,时域曲线有明显的反射峰信号,验证了反射栅的反射特性;叉指换能器叉指对数减小使器件中心频率处的S11幅值减小,时域中的回波信号更尖锐,信噪比明显增大,表明对数较多的IDT具有较强的反射特性,对回波信号干扰较大,过小的叉指对数对器件声电转换效率影响很大,会使器件性能下降;较大的反射栅指条数对回波信号影响不大,但过小的指条数会降低反射栅反射系数,使得回波信号信噪比减小,纹波增多.     

声表面波辅助实现纸基微流分析

纸基微流器件往往难以实现样品前处理操作.提出了一种简单的纸基微通道制作方法及兼具有前处理操作功能的纸基微流分析方法.采用Protel设计微通道图案,采用印刷电路技术制作铜模板,并涂覆石蜡、覆盖滤纸,而后用电烙铁加热铜模板另一侧,熔融石蜡渗透入滤纸形成纸基微通道.制作的纸基器件放置于128°YX-LiNbO3压电基片上,...     

微通道导引下数字微流体快速混合

微流体混合是微流控芯片急需完善的重要操作单元,提出了在声表面波驱动下实现微通道内数字微流体快速混合方法.在1280YX-LiNbO3基片上设计相互垂直排列的两叉指换能器和反射栅,并在其声传播路径上制作微通道且进行疏水处理以防止微流体偏离运动方向,待混合的数字微流体移液于微通道中,分别在两叉指换能器上分时加RF电信号激发相互垂直声表面波,以驱动微通道中微流体输运、合并及快速混合.输运实验结果表明微流体在没有微通道时运动发生严重偏离声传播方向;混合实验表明:相比于自由扩散混合,声表面波作用极大地提高微通道中微流体混合速度且混合程度更高.     

基于延迟线理论的新型无源声表面波传感器研究

基于声表面波的延迟线理论,设计出一款新型的无线无源SAW温度和压力混合传感器.该传感器中温度对信号的影响掺杂在检测压力变化的信号中,通过引入权重因子,把压力信号从温度和压力共同影响的混合信号中分离出来,从而达到温度和压力同时检测的目的.此设计充分利用了IDT的转换能量,减少了信号之间的干扰,并对IDT及反射器进行优化设计,提高了传感器的灵敏度.此传感器具有无线无源等特点,适合在复杂环境下工作.     

新型抗腐蚀结构声表面波湿度传感器的研究

为解决声表面波(SAW)湿度传感器存在易被污染、不易清洁、稳定性差等问题,提出了一种新的基于改进的单端口SAW谐振器结构用于湿度检测。在此结构中,在ITO材料制作的叉指换能器和反射阵上溅射厚度为5pm Si3N4层以屏蔽各种腐蚀性物质如酸性、碱性等腐蚀性气体对SAW谐振器电极的侵蚀。相比常规谐振器,新结构加大了谐振器叉指换能器与一个反射阵之间距用于涂敷湿敏材料,同时在石英基片背面布设ITO材料脱湿电路。给出了基于此类结构SAW湿度传感器的制作工艺、感湿实验测试结果。实验验证了该结构SAW湿度传感器的可清洁性、耐腐蚀性及该结构的有效性。     

声表面波压力传感器的温度补偿

基于声表面波传感器(SAW)理论基础,研究了SAW压力传感器的输入-输出特性。并对影响其性能的主要因素———温度进行了理论和实验分析,得到了SAW压力传感器的温度特性曲线。在非线性补偿方法的基础上,采用反向传播(BP)神经网络对其进行温度补偿,达到了减小误差、提高测量准确度的目的。     

基于声表面波技术探测微量气体的理论分析

声表面波延迟线振荡器的频率对沉积在延迟线表面上的薄膜很敏感,在延迟线路径上覆盖一层具有选择性的吸附薄膜,这层薄膜吸附对其敏感的气体物质后,其质量密度、弹性参数、介电常数、电导率都将发生变化。给出了传感器的理论分析,根据检测需要,设计最优化的气体传感器。     

Standing wave type surface acoustic wave atomizer

A new standing wave type surface acoustic wave (SAW) atomizer is proposed and tested. To investigate atomization characteristics, the earlier progressive wave and the proposed standing wave types of atomizer are compared by means of vibration mode, atomization speed, and electrostatic deposition tests. In the case of the vibration mode and atomization speed tests, the standing wave type showed higher standing wave ratio (SWR) and slower atomization speed than the progressive wave type. In the electrostatic deposition test, a liquid sample is atomized by two types of SAW atomizer combined with two different driving modes, namely continuous and intermittent drive. The deposited dry particles are then measured by field-emission type scanning electron microscopy (FE-SEM) and particle sizes are calculated by image processing software. In the results, only the standing wave with continuous drive showed no second peak within size distribution.     

无线无源声表面波传感器研究进展

声表面波（SAW）传感器是一种无线无源传感器,在无源传感、适应恶劣环境等许多方面具有普通传感器不能实现的优点.阐述了声表面波器件的原理和结构特点,并对射频信号收发、信息处理等关键技术进行详细论述,综述了近些年国内外的相关研究现状,并进行了总结与展望.     

一种超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器

设计了一种新的超磁致伸缩材料和声表面波谐振器构成的复合磁传感器.该传感器将超磁致伸缩材料在磁场中产生的应力应变传递到声表面波谐振器上,改变其谐振频率,通过对谐振频率的检测进行磁场测量.该传感器可以用于静态和动态磁场测量,并且可用作无源、无线磁传感器.主要分析了该结构用于静态磁场测量的原理,给出了实验结果.传感器谐振频率的变化对于静态磁场变化的灵敏度可达132 Hz/Oe,谐振频率测量分辨率在1 Hz时,磁场测量分辨率可达10-7T数量级.     

监测挥发性有机物的SAW传感器的研究进展

综述了可以连续操作和用于原位监测有机挥发性化合物的声表面波(SAW)化学传感器的研究进展。不锈钢包装和集成电路板的应用,使SAW传感器可以用于空气、土壤和水等在内的多种环境中监测有机挥发性化合物(VOCs)。介绍了根据常见地下水污染物氯代脂肪烃(如三氯乙烯)选择的高分子膜以及对传感器进行的优化。     

Ammonia identification using shear horizontal surface acoustic wave sensor and quantum neural network model

The ammonia detection at room temperature employing a shear horizontal surface acoustic wave (SH-SAW) sensor coated with polyaniline (PANI) film and the recognition of ammonia concentrations in humid environments based on quantum neural network (QNN) have been investigated in this study. Studies were performed in the ranges of 0–67.5% relative humidity and 15–72 ppm ammonia. The frequency shift of SH-SAW was measured to detect the presence of ammonia. The SH-SAW sensor in this study responded to the ammonia gas and could be recovered using dry nitrogen. Detecting at an ammonia concentration of 40.91 ppm in dry environment, the frequency shift was 0.75 ppm and the noise level was 0.08 ppm. In humid environment, the frequency shift increased as the humidity increased. In order to recognize the ammonia in humid environment, the QNN was used as the identifier. From the performance results shown, the neural model we proposed can effectively perform the identification of ammonia in a common ambience and overcome the inference of humidity caused.     

声表面波温度传感器频率分级扫描方法研究

针对声表面波(SAW)谐振腔体的频率响应单侧单调特征,为提高传感器的温度响应速度,提出了一种频率分级扫描方法,将频率扫描分为粗扫频和精扫频两个阶段,以不同的扫频步长依次进行.利用粗扫频确定中心谐振频率所处的频率区间,再在该频率区间内利用精扫频得到腔体中心谐振频率,可将温度传感器扫频时间降为原来的1/7.利用提出的频率扫描方法开展实验研究,分别研究了单个传感器的温度量测不确定度和多个传感器的温度量测一致性,并分析了实验结果.