基於超長ZnO納米線陣列的壓電型次聲感測器研究

《基於超長ZnO納米線陣列的壓電型次聲感測器研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由邵錚錚擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於超長ZnO納米線陣列的壓電型次聲感測器研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：邵錚錚
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

目前次聲感測器已廣泛套用在地震、海嘯次聲波檢測，核爆炸次聲波檢測，環境次聲污染監控等領域，而現有技術中的感測器大部分存在靈敏度低、溫度漂移大、一致性差、體積較大等缺陷。本項目以微型化、靈敏度高、頻率回響寬、工作穩定性好的次聲感測器為研究目標，提出基於超長ZnO納米線陣列的壓電型次聲感測器研究。利用ZnO納米線高長徑比、單晶結構、壓電性能高、柔韌性好、可實現可控生長等優點，以納米線回響振動時的徑向壓電輸出作為回響信號，研製高靈敏的微型化次聲感測器，並通過大量納米線的並聯提高壓電信號的輸出。重點解決超長ZnO納米線陣列的可控生長技術，ZnO納米線陣列的接觸印刷轉移技術，抑制納米線表面氧空位的氧離子表面處理技術，以及器件的製作和測試等關鍵科學問題。通過本項目的研究，為實現微型化、高靈敏度的壓電型次聲感測器奠定基礎，並為其在地球物理、環境監測和軍事領域開闢廣闊的套用前景。

結題摘要

目前次聲感測器已廣泛套用在地震、海嘯次聲波檢測，核爆炸次聲波檢測，環境次聲污染監控等領域，而現有技術中的感測器大部分存在靈敏度低、溫度漂移大、一致性差、體積較大等不足，有待進一步的改進。本項目以微型化、靈敏度高、頻率回響寬、工作穩定性好的次聲感測器為研究目標，提出基於超長ZnO納米線陣列的壓電型次聲感測器研究。利用ZnO納米線高長徑比、單晶結構、壓電性能高、柔韌性好、可實現可控生長等優點，以納米線回響振動時的徑向壓電輸出作為回響信號，研製高靈敏的微型化次聲感測器，並通過大量納米線的並聯提高壓電信號的輸出。項目重點解決超長ZnO納米線陣列的可控生長技術，ZnO納米線陣列的接觸印刷轉移技術，抑制納米線表面氧空位的等離子表面處理技術，以及壓電器件的製作和測試等關鍵科學問題。項目採用改進後的CVD方法在ZnO晶種修飾的矽沉底上生長出直徑約400nm，長徑比達1000的納米線陣列；並通過接觸印刷轉移的方法將納米線到聚醯亞胺柔性沉底上並且保持了納米線的完整和平行排列；在光刻沉積金屬電極的過程中解決了雙層光刻膠製作厚電極的技術難題；採用等離子轟擊的方式清除納米線表面吸附物和部分氧空位，提高納米線與金屬電極的接觸性能；從理論上分析了金屬電極和半導體納米線的接觸勢壘對壓電電流輸出的影響，很好地解釋了壓電器件內部工作機制與信號輸出的關係；對製作的壓電次聲感測器進行了初步的測試，採用外界的輕微擾動模擬次聲的作用，感測器能夠實時輸出相應的電流信號，電流信號強度在nA量級。該壓電器件性能的準確測試以及回響能力的提升有待進一步的研究。通過本項目的研究，探索了基於超長ZnO納米線陣列的壓電型次聲感測器的關鍵技術和可行性，為實現微型化、高靈敏度的壓電型次聲感測器提供了理論和實驗基礎，並為其在地球物理、環境監測和軍事領域開闢廣闊的套用前景。