【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线通信领域,具体涉及一种柔性无源无线声表面波传感器及其制备方法。
技术介绍
声表面波SAW传感器的核心部件包括压电基底和沉积在基底上的叉指换能器,叉指换能器是类似手指交叉状的金属图案,可以实现声电之间的相互转换。声表面传感器具有体积小、结构简单、可靠性高、测量精度高等特点,可以用其测量温度、湿度、压力、气体和生物参数等多种指标。与传统传感器相比,其最突出的特点就是可以实现无源无线,因此在高温高速、强磁强电等苛刻环境下工作,而实现其柔性化可以继续拓宽其适用条件。柔性声表面波器件由于其轻便、柔软可弯曲的特点,是一种值得研究并很有前景的一种柔性电子器件。已有报道的做法是在柔性有机聚合物上沉积或溅射一层压电薄膜从而实现柔性化,但由于柔性基底和压电薄膜之间晶格不匹配严重、两者热膨胀系数相差太大、制备工艺复杂苛刻等原因,得到的压电层的晶格质量和表面粗糙度通常比直接在硬基底上生长的压电层性能差很多,除此之外,能够用这种方法生长的柔性压电薄膜很有限。
技术实现思路
针对以上现有问题中存在的问题,本专利技术提出一种柔性无源无线声表面波传感器及其制备方法。本专利技术的一个目的在于提出一种柔性无源无线声表面波传感器。本专利技术的柔性无源无线声表面波传感器包括:SAW传感器、平面螺旋天线、应变隔离体和柔性基底;其中,柔性基底的中间设置有应变隔离体;SAW传感器通过粘附层印制在应变隔离体的表面,SAW传感器的平面形状为矩形,平面尺寸小于应变隔离体的平面尺寸;在柔性基底的表面并且位于应变隔离体的周围,印制有平面螺旋天线;平面螺旋天线的形状为平面的两条对称的螺旋线,围绕在 ...
【技术保护点】
一种柔性无源无线声表面波SAW传感器,其特征在于,所述声表面波SAW传感器包括:SAW传感器、平面螺旋天线、应变隔离体和柔性基底;其中,柔性基底的中间设置有应变隔离体;SAW传感器通过粘附层印制在应变隔离体的表面,SAW传感器的平面形状为矩形,平面尺寸小于应变隔离体的平面尺寸;在柔性基底的表面并且位于应变隔离体的周围,印制有平面螺旋天线;平面螺旋天线的形状为平面的两条对称的螺旋线,围绕在SAW传感器的周围;SAW传感器和平面螺旋天线电学连接;SAW传感器包括压电层和顶电极,压电层的厚度为10~100μm;或者SAW传感器包括顶电极、压电层和底电极,压电层的厚度为1~10μm;应变隔离体为在柔性基底中间的突起结构,通过3D打印技术、表面涂覆法或表面聚合接枝法制备的梯度聚合物,弹性模量由下而上逐渐减小;平面螺旋天线接收外部的信号激励和接收装置发射的激励信号,使得SAW传感器发生谐振经逆压电效应将电信号转化为声信号,声信号在压电层传播过程中受到外部环境参数的调制,被调制的声信号再经压电效应转化为电信号即传感信号,该信号经由平面螺旋天线辐射出去,被外部的信号激励和接收装置接收,并由计算机处理后 ...
【技术特征摘要】
1.一种柔性无源无线声表面波SAW传感器,其特征在于,所述声表面波SAW传感器包括:SAW传感器、平面螺旋天线、应变隔离体和柔性基底;其中,柔性基底的中间设置有应变隔离体;SAW传感器通过粘附层印制在应变隔离体的表面,SAW传感器的平面形状为矩形,平面尺寸小于应变隔离体的平面尺寸;在柔性基底的表面并且位于应变隔离体的周围,印制有平面螺旋天线;平面螺旋天线的形状为平面的两条对称的螺旋线,围绕在SAW传感器的周围;SAW传感器和平面螺旋天线电学连接;SAW传感器包括压电层和顶电极,压电层的厚度为10~100μm;或者SAW传感器包括顶电极、压电层和底电极,压电层的厚度为1~10μm;应变隔离体为在柔性基底中间的突起结构,通过3D打印技术、表面涂覆法或表面聚合接枝法制备的梯度聚合物,弹性模量由下而上逐渐减小;平面螺旋天线接收外部的信号激励和接收装置发射的激励信号,使得SAW传感器发生谐振经逆压电效应将电信号转化为声信号,声信号在压电层传播过程中受到外部环境参数的调制,被调制的声信号再经压电效应转化为电信号即传感信号,该信号经由平面螺旋天线辐射出去,被外部的信号激励和接收装置接收,并由计算机处理后得到外部环境参数。2.如权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述SAW传感器的结构由SAW传感器的制备方法决定;采用减薄工艺制备的SAW传感器包括压电层和顶电极,对压电层进行减薄加工,厚度为10~100μm,SAW传感器水平尺寸为1*1mm~4*4mm;采用刻蚀牺牲层转印工艺制备的SAW传感器包括顶电极、压电层和底电极,采用半导体制备工艺形成的压电层厚度为1~10μm;压电层的材料采用铌酸锂、锆钛酸铅、铌镁酸铅和氧化锌中的一种。3.如权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述SAW传感器的厚度为1~10μm,顶电极厚度为100~200nm;平面螺旋天线的厚度为13~15μm;应变隔离体的厚度为0.3~0.5mm;柔性基底的厚度为0.3~0.5mm。4.如权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述平面螺旋天线的平面形状为两条对称的螺旋线,纵向为三明治结构,包括两层保护层以及二者中间的金属层。5.如权利要求1所述的声表面波传感器,其特征在于,所述平面螺旋天线在螺旋线的基础上,弯曲成正旋波形。6.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员:冯雪,韩志远,付际,张长兴,苏红宏,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京;11
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