基於新型波模式的石墨烯電極柔性聲表面波諧振器研究

《基於新型波模式的石墨烯電極柔性聲表面波諧振器研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由周劍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於新型波模式的石墨烯電極柔性聲表面波諧振器研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：周劍
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

相比傳統硬質襯底聲表面波（SAW）器件，柔性SAW器件具有可彎曲變形、可附著於任何形狀表面以及質量更輕等獨特優勢，在柔性可穿戴設備、電子皮膚等柔性電子領域具有廣闊的套用前景。然而現有的柔性SAW器件研究還面臨著兩個理論和實際問題：第一，柔性SAW器件出現了一個新型波模式，但目前該模式的理論解釋尚不清楚；第二，現有的柔性SAW器件具有剛性硬質電極，對高頻波的傳播具有質量負載效應並且柔韌性差。針對這兩個問題，申請人提出基於新型波模式的石墨烯電極柔性SAW諧振器研究項目。項目擬採用理論仿真分析、實驗對比驗證的方法，探究柔性SAW器件新型波模式的聲場、粒子振動以及波傳播特性等，判定新型波模式的類型，解決其定名、定性問題，完善波模式理論體系；同時，採用超薄超輕的石墨烯作為電極，避免電極質量負載效應對SAW器件新型波模式的影響，並進一步柔性化SAW器件，使得器件柔韌性更優良，更適合柔性電子套用。

結題摘要

項目背景：相比傳統硬質襯底聲表面波（SAW）器件，柔性SAW器件具有可彎曲變形、可附著於任何形狀表面以及質量更輕等獨特優勢，在柔性可穿戴設備、電子皮膚等柔性電子領域具有廣闊的套用前景。然而現有的柔性SAW器件研究還面臨著新型波模式理論解釋尚不清楚以及叉指電極採用了剛性的金屬硬質電極問題，為此，申請人提出基於新型波模式的石墨烯電極柔性SAW諧振器研究項目。主要研究內容：本項目理論、仿真分析出柔性SAW器件新型波模式的聲場等物理量的分布，判定其波模式類型，闡釋清楚新型波模式產生的物理機理。研究了電極質量負載對SAW器件頻率、性能影響。獲得了石墨烯叉指電極的製備方法及加工工藝；獲得了柔性襯底上低溫快速生長高c軸、低表面粗糙度、低應力的AlN和ZnO壓電薄膜的方法。製備出有器件性能的石墨烯電極柔性SAW器件，並測試了器件性能。重要結果：判定清楚了柔性SAW器件新型波模式為廣義S0 蘭姆波，解決了其定名、定性問題；理論、仿真和實驗驗證了電極質量負載效應對SAW器件，特別是高頻SAW器件的影響，成功製備了基於電極質量負載效應的高頻SAW感測器，並用於TNT探測；製備了世界上第一款石墨烯電極透明SAW器件並且成功用於溫度、濕度和人體呼吸探測；製備了世界上頻率最高的SAW諧振器，諧振頻率高達33.7GHz，成功製備了石墨烯電極柔性SAW器件。關鍵數據：項目完成預期目標，第一作者或者通訊作者發表SCI論文4篇，Ei論文3篇。其中1篇被MEMS領域頂尖期刊Applied Physics Letters推選為亮點論文, 1篇為MEMS領域重要期刊Journal of Micromechanics and Microengineering。申請國家發明專利4項，國際會議做大會報告2次，培養了研究生4名。科學意義：基於新型波模式的石墨烯電極柔性聲表面波諧振器研究具有重要的理論和工程意義。項目判定清楚新型波模式為廣義S0 蘭姆波，解決了其定名、定性問題；理論、仿真和實驗驗證了電極質量負載效應對SAW器件影響；製備了第一款石墨烯電極柔性SAW器件，在柔性可穿戴設備、電子皮膚等柔性電子領域具有廣闊的套用前景。