一种柔性无源无线声表面波传感器及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106501376A(43)申请公布日2017.03.15(21)申请号201610873787.1(22)申请日2016.09.30(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区双清路30号(72)发明人冯雪韩志远付际张长兴苏红宏(74)专利代理机构北京万象新悦知识产权代理事务所(普通合伙)11360代理人王岩(51)Int.Cl.G01N29/24(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种柔性无源无线声表面波传感器及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种柔性无源无线声表面波传感器及其制备方法。本发明采用传统的工艺得到压电层，再通过减薄工艺或刻蚀牺牲层转印的方法制备小尺寸的SAW传感器，既保留了在硬基底上生长的高质量压电层，又实现了其柔性化；将平面螺旋天线通过转印技术印制在柔性基底上，SAW传感器印制在应变隔离体上，实现了无线无源功能并使整体结构紧凑、柔软，可以工作在曲面上，可穿戴如皮肤上实时探测人体温度等，具有广泛的应用前景；本发具有晶体质量高性能优异的特点；实现了SAW传感器和平面螺旋天线的柔性化，具有无线无源功能、整体结构紧凑、柔软、可穿戴，拓宽了SAW传感器的应用领域；本发明的应变隔离体及系统也可以为其他柔性电子器件的制备提供借鉴。CN106501376ACN106501376A权利要求书1/2页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所述的声表面波传感器，其特征在于，所述应变隔离体和柔性基底采用聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或共聚酯。7.如权利要求1所述的声表面波传感器，其特征在于，所述应变隔离体下表面的弹性模量为2～3MPa，上表面的弹性模量为1～1.5MPa。8.一种柔性无源无线声表面波传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：1)提供柔性基底；2)在柔性基底的表面，且位于中间的位置，采用3D打印技术、表面涂覆法或表面聚合接枝法制备梯度聚合物，在柔性基底上形成突起结构，作为应变隔离体；3)采用减薄工艺，或者刻蚀牺牲衬底转印工艺，制备SAW传感器：a)减薄工艺制备SAW传感器：i.提供块状压电层；ii.在块状压电层上形成顶电极；iii.采用研磨技术对压电层进行减薄加工，使得厚度为10～100μm，得到柔性的SAW传2CN106501376A权利要求书2/2页感器；b)刻蚀牺牲衬底转印工艺制备SAW传感器：i.提供硬基底；ii.在硬基底