[发明专利]一种声表面波的可视化检测器件及应用

说明书

一种声表面波的可视化检测器件及应用。所述器件包括：压电衬底、N个叉指换能器和应力发光薄膜；叉指换能器形成于压电衬底上表面外围四周，应力发光薄膜形成于压电衬底上表面，且位于叉指换能器围成区域的中心位置。该器件能够原位实时地检测声表面波的传播特性，解决了当前的声表面波检测方法面临测试仪器精密昂贵，运行费用高，对环境振动敏感，检测费时费力，不能原位实时快速检测等诸多问题。本发明提供的可视化检测器件可用于声表面波微驱动器、声表面波微流控器件或声表面波传感器等。对于声表面波在微驱动领域的应用具有重要意义。

技术领域

本发明属于声表面波器件技术领域，尤其涉及一种声表面波的可视化检测方法。

背景技术

声表面波指在弹性固体表面或界面传播的弹性波。近年来，随着微机电系统(MEMS)技术和微流控芯片的发展，基于声表面波的微驱动和微操控技术受到越来越多的重视。声表面波微驱动器件能实现微流体驱动、加热、混合以及雾化等。微操控器件能精确地对细胞、生物分子、纳米颗粒等进行移动、捕捉、筛选和分类等操作。声表面波器件具有移动快速、精度高、能量局域、结构简单和易于集成等优点。伴随着声表面波技术的发展，声表面波检测技术也得到越来越多的重视。对于封装好的声表面波器件的参数测试，如中心频率、插入损耗、带宽和阻抗等可以用网络分析仪等仪器测得。这类测试属于黑箱测试，着重于器件性能，关注器件的输入-输出关系。对于声表面波传感器，尤其是微驱动器件还需要关注声表面波的产生和传播特性。当前声表面波传播特性的检测手段分为接触式和非接触式。接触式声表面波检测技术包括压电换能器。电磁声换能器等传感器技术以及原子力声学显微镜技术。接触式检测手段的缺点是容易污染或损伤器件表面，对不规则表面难以使用。非接触式的检测手段主要是利用光学方法检测声表面波，主要包括光偏转敏感检测、光干涉技术等。光偏转技术作为一种非干涉光检测方法，简单且对环境振动不敏感。其缺点在于测量精度较低，对样品表面要求较高。法布里-珀罗干涉和外差干涉仪均具有非接触、无损、灵敏度高等优点。但二者测量的带宽较低，且仪器精密复杂，对环境振动敏感。稳定性有待提高。其他的检测手段还包括扫描电子显微镜，频闪X射线检测仪等。这些方法面临检测仪器精密昂贵，运行费用高，对环境振动敏感，检测费时费力，不能实现原位实时快速检测等诸多问题。

综上所述，如何提供一种不依赖大型贵重分析仪器、响应速度快、能够实现声表面波的现场快速的可视化检测方法，是本领域研究人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明目的是克服现有光学干涉检测声表面波技术存在的检测仪器精密复杂，对环境振动敏感，无法实现原位快速检测等缺点，提供一种声表面波的可视化检测器件及应用，可视化检测器件能够实现原位实时快速的声表面波检测。

本发明的技术方案

一种声表面波的可视化检测器件，包括：压电衬底、叉指换能器、应力发光薄膜；其中，所述叉指换能器的数量为N个，N大于等于2；所述叉指换能器间隔形成于压电衬底上表面外围四周；所述应力发光薄膜形成于压电衬底上表面，且位于所述叉指换能器围成区域的中心位置。

本发明所述应力发光薄膜的材料以ZnS材料为基质，以过渡金属或者稀土离子M为激活剂构成，其化学表达式为ZnS：M，其中M表示掺杂的稀土或过渡金属元素，选自Mn、Cu、Al、Eu、Sm、或Cr中的一种或多种。应力发光材料包括ZnS：Mn、ZnS：Cu、ZnS：Cu，Al、ZnS：Eu等。所述的应力发光薄膜采用激光脉冲沉积技术合成。制备过程包括以下步骤：

a)128°Y-X LiNbO₃压电单晶采用丙酮和去离子水充分洗净烘干后作为压电衬底；