一种柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器及其制备方法，涉及微机电技术领域，包括纤毛、柔性膜、SOI硅‑玻璃电容结构，SOI硅‑玻璃电容结构包括上层硅结构(Z向及转角检测电极、公共电极及支撑层)、中间层硅结构(动梳齿电极的检验质量块、X向水平电极、静梳齿电极、硅穿孔铜引线柱)、底层玻璃结构(底层Z向及转角检测轴向电极、公共电极以及引线、引脚)，能测量纤毛转动角度。纤毛受流场作用后，带动硅连接柱及检验质量块发生角位移偏转，使检验质量块与四周的电极形成的转角电容变化，转角电容由流场输入大小、柔性膜扭转刚度和静电控制力矩决定。通过检测电容和静电力矩反馈平衡电压，测量得到输入的流速或剪应力。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器及其制备方法
本专利技术涉及微机电(MEMS)
的传感器，具体涉及一种柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器及其制备方法，尤其涉及一种基于MEMS工艺制作的柔性封闭膜仿生纤毛电容式微传感器。
技术介绍
流速和壁面剪应力传感器是流体测量中重要的传感器，它们被广泛地用于环境气象监测、流体传输的过程控制、飞行器和水中航行体的流场检测和主动流场控制等。传统的流场测量装置包括热线风速仪、多普勒超声测速仪、粒子图像测速仪(PIV)等，但是它们存在体积大、结构复杂，难以满足高精度在线流场工程测试的需求。另外，对于飞行器及水中航行体，周围流动结构十分复杂，流动现象具有时间和位置的不确定性特征，流动结构尺度小，生命周期短，而且在大雷诺数流动条件下，流动对外界的干扰更加敏感。要实现复杂流体状态的检测，传感器必须满足相应的时间和空间尺度要求。随着MEMS技术的出现和发展，为实现大雷诺数下的实时的、准确的流速和壁面剪应力测量提供了一种可行的技术实现途径。运用纤毛流场感知系统，蟋蟀和鱼等动物可以完成导航定位、捕食和躲避捕食者。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器，其特征在于，包括依次设置的纤毛(1)、柔性膜(2)、SOI硅-玻璃电容结构；所述SOI硅-玻璃电容结构包括上层硅结构、中间层硅结构、底层玻璃结构；/n所述上层硅结构包括硅连接柱(3)、上层硅轴向电极(4-1)、Y向上层硅结构(5-1)、X向上层硅结构(6-1)、公共电极上层硅结构(9-1)；/n所述中间层硅结构包括检验质量块(8)、中间层硅轴向电极(4-2)、Y向中间层硅结构(5-2)、X向中间层硅结构(6-2)、公共电极中间层硅结构(9-2)、铜柱(7)；所述铜柱(7)嵌设于中间层硅轴向电极(4-2)、Y向中间层硅结构(5-2)、X向中间层硅结构(6...

【技术特征摘要】
1.一种柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器，其特征在于，包括依次设置的纤毛(1)、柔性膜(2)、SOI硅-玻璃电容结构；所述SOI硅-玻璃电容结构包括上层硅结构、中间层硅结构、底层玻璃结构；
所述上层硅结构包括硅连接柱(3)、上层硅轴向电极(4-1)、Y向上层硅结构(5-1)、X向上层硅结构(6-1)、公共电极上层硅结构(9-1)；
所述中间层硅结构包括检验质量块(8)、中间层硅轴向电极(4-2)、Y向中间层硅结构(5-2)、X向中间层硅结构(6-2)、公共电极中间层硅结构(9-2)、铜柱(7)；所述铜柱(7)嵌设于中间层硅轴向电极(4-2)、Y向中间层硅结构(5-2)、X向中间层硅结构(6-2)、公共电极中间层硅结构(9-2)内部；
所述底层玻璃结构包括pyrex玻璃以及设置于pyrex玻璃上的底层金属公共电极、底层金属轴向电极、硅轴向电极底层金属引线(4-3)引脚、Y向硅结构底层金属引线引脚(5-3)、X向硅结构底层金属引线引脚。


2.根据权利要求1所述的柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器，其特征在于，所述硅连接柱(3)位于上层硅结构中央，所述上层硅轴向电极(4-1)的数量为4个，所述Y向上层硅结构(5-1)的数量为2个，所述X向上层硅结构(6-1)的数量为4个，所述公共电极上层硅结构(9-1)的数量为1个。


3.根据权利要求1所述的柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器，其特征在于，所述检验质量块(8)位于中间层硅结构中央，所述中间层硅轴向电极(4-2)的数量为4个，所述Y向中间层硅结构(5-2)的数量为2个，所述X向中间层硅结构(6-2)的数量为4个，所述公共电极中间层硅结构(9-2)的数量为2个。


4.根据权利要求1所述的柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器，其特征在于，所述底层金属公共电极位于底层玻璃结构中央，所述底层金属轴向电极的数量为4个，硅轴向电极底层金属引线(4-3)引脚的数量为4个，所述Y向硅结构底层金属引线引脚(5-3)的数量为2个，所述X向硅结构底层金属引线引脚的数量为4个。


5.根据权利要求1所述的柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器，其特征在于，所述Y向上层硅结构(5-1)、Y向中间层硅结构(5-2)、Y向硅结构底层金属引线引脚(5-3)自上而下一一对应，所述X向上层硅结构(6-1)、X向中间层硅结构(6-2)、X向硅结构底层金属引线引脚自上而下一一对应。


6.根据权利要求1所述的柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器，其特征在于，所述上层硅轴向电极(4-1)、中间层硅轴向电极(4-2)、硅轴向电极底层金属引线(4-3)引脚自上而下一一对应；检测检验质量块(8)与上层硅轴向电极(4-1)、底层金属轴向电极组成4对差分电容。


7.根据权利要求1所述的柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器，其特征在于，所述纤毛(1)位于柔性膜(2)中央，所述柔性膜(2)为变形膜。


8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的柔性聚合物封闭膜仿生纤毛微传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、底层玻璃结构的制备：
a、Pyrex玻璃刻蚀凸台；b、溅射Cr/Pt/Au并光刻、刻蚀出底层金属公共电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘武，梁贺龙，訾鹏，许海军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31