[发明专利]一种基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器

权利要求书

1.基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器，其特征在于，包括金属纳米粒子点阵(1)、带有微电极(3)的悬臂梁(2)、基础(4)和质块(5)；其中，纳米粒子点阵(1)制备于悬臂梁(2)表面且位于一对微电极(3)之间；悬臂梁(2)呈现长条状，一端固定于基础(4)上，另一端为自由端；在悬臂梁(2)的自由端附着质块(5)；以金属纳米粒子点阵(1)作为传感器的敏感材料；构成纳米粒子点阵(1)的材料是各种金属，纳米粒子的粒径为1-500nm，纳米粒子的覆盖率在0.3-0.99个单层之间，传感器的原理可由悬臂梁模型解释，假定悬臂梁长度为L，宽度为b，厚度为h，纳米粒子点阵位于悬臂梁固定端的一侧，受迫振动时，假设振动方程为悬臂梁自由端产生的扰度为x_r＝x，由此引起固定端附近的纳米粒子点阵横向应变为：

由物理学知识可知纳米粒子点阵的隧穿电阻变化率为：

其中，R₀为纳米粒子初始电阻值，β为与纳米粒子尺寸和温度相关的参数，d为平均纳米粒子间距，由<1>和<2>式联立可得：

由式<3>可知，通过测量纳米粒子点阵电阻R(t)即可得到振动源的振动信息。

2.如权利要求1所述的基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器，其特征在于，微电极(3)由金、银、铜或铝金属薄膜材料构成。

3.如权利要求1所述的基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器，其特征在于，悬臂梁(2)由具有弹性的绝缘材料制作，或由带有表面绝缘层的非绝缘体弹性材料制作。

4.如权利要求1所述的基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器，其特征在于，纳米粒子点阵(1)中纳米粒子间不形成欧姆接触。

5.如权利要求1所述的基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器，其特征在于，制备于同一悬臂梁上的纳米粒子点阵(1)和微电极(3)是一组或多组的并联。

6.如权利要求1所述的基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器，其特征在于，基础(4)与振动源接触产生振动，在基础上质块(5)的惯性驱动下悬臂梁(2)响应振动源的振动并使其表面发生应变，进而使得纳米粒子点阵(1)中的纳米粒子之间距发生变化,而纳米粒子间距的变化导致纳米粒子点阵(1)的电导发生变化；通过测量微电极间电导或电阻的变化实现对振动的探测。

7.如权利要求1所述的基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器，其特征在于，振动传感器的频率响应参数能根据质块(5)的质量进行调整，或质块质量为零。

8.如权利要求1-7之一基于纳米粒子点阵量子输运特性的振动传感器进行振动测量方法，其特征是当悬臂梁因振动而产生形变时，金属纳米粒子点阵的电导会发生同步变化，通过电极监测该电导值的变化即可实现振动谱的定量测量。