發(fā)布時間：2018-06-30 06:34

  本文選題：聲表面波 + 微流體��； 參考：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：21世紀(jì)以來,老齡化社會逐漸逼近,疾病早期診斷、醫(yī)療健康監(jiān)測領(lǐng)域越來越受到重視。片上實驗室、便攜式診斷系統(tǒng)、穿戴式監(jiān)控系統(tǒng)等可以用來做早期疾病診斷,不間斷健康監(jiān)控等,是現(xiàn)代醫(yī)療器件和系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。而它們的核心便是高靈敏度、高性能的微型傳感器和微流體控制的致動器。因此開發(fā)此類高性能傳感器和微流控元器件就變得越來越重要。聲表面波(SAW)器件做為一種現(xiàn)代電子的基礎(chǔ)器件,近年來,在傳感器和致動器領(lǐng)域備受關(guān)注,很多基于SAW的傳感器和致動器的新應(yīng)用紛紛涌現(xiàn)。SAW器件由于其具有的極佳的性能,制造和結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、穩(wěn)定性好和CMOS工藝兼容性強等優(yōu)點,非常適合于健康醫(yī)療電子領(lǐng)域的傳感器和致動器應(yīng)用。本工作主要研究新型的透明和柔性薄膜SAW聲波器件,探討和比較了它們在微流致動和傳感方面的應(yīng)用及性能。并在此基礎(chǔ)上,首次提出、研制了基于SAW的細(xì)胞裂解器和透明紫外光傳感器,為多功能SAW片上實驗室的研制和開發(fā)打下了良好的基礎(chǔ)。本研究工作的主要內(nèi)容和成果如下：(1)在硅、玻璃和PI襯底上生長高質(zhì)量ZnO薄膜并制備了新型SAW器件。在三種薄膜器件的傳輸曲線上發(fā)現(xiàn)了5個諧振峰,分析并確定其對應(yīng)的聲波模態(tài)分別為ZnO/Si襯底器件的瑞利波和西沙瓦波,ZnO/玻璃襯底器件的瑞利波和ZnO/PI襯底器件的瑞利波和蘭姆波。系統(tǒng)性研究了各個模態(tài)的微流體性能,發(fā)現(xiàn)ZnO/Si襯底器件的西沙瓦波性能最優(yōu),得到了～12.8 crm/s的聲致微流速度和-5.8秒的微粒集聚時間；ZnO/玻璃襯底器件具有和硅襯底器件可比擬的性能；ZnO/PI襯底柔性器件則不太適合于微流體領(lǐng)域。在三種代表性襯底上的微流體研究為薄膜徽流體器件的襯底選擇提供了系統(tǒng)性的參考,解決了薄膜微流體器件的襯底適用性問題,具有很大的創(chuàng)新意義。(2)在硅襯底上生長了A1N和27%鈧摻雜的AlScN薄膜,并在兩種薄膜上制備了新型SAW器件,由于彈性柔化效應(yīng),鈧摻雜提高了A1N的壓電系數(shù)西3,AlScN器件的K2得到了超過300%的增強。AlScN器件的微流體特性也得到了大幅度提高,同AIN器件相比,具有2倍的聲致微流速度和3倍的液滴驅(qū)動速度,同時閾值功率僅為～40%和～70%,通過鈧摻雜解決A1N薄膜器件因壓電特性較弱不適合微流體應(yīng)用的問題。(3)為了解決lab-on-a-chip系統(tǒng)中樣品前處理過程中細(xì)胞裂解的需求,基于SAW的聲致微流效應(yīng),設(shè)計了一種基于SAW器件的新型細(xì)胞裂解器,獲得了超過95%的細(xì)胞裂解效率,為細(xì)胞樣品的片上裂解給出了創(chuàng)新性解決方案,適合于未來的微流體片上實驗室應(yīng)用。(4)基于ZnO/玻璃SAW器件開發(fā)了新型透明紫外傳感器,研究了不同溫度快速熱退火對器件紫外傳感性能的影響。在400℃退火條件下器件性能最佳,相較未退火器件頻率響應(yīng)增大了愈20倍,并得到了小于2.4秒的響應(yīng)速度,具有創(chuàng)新性,解決了紫外傳感器件的透明化需求�？紤]到玻璃襯底的低廉成本和高透明度,該器件在未來透明傳感器件領(lǐng)域很有發(fā)展?jié)摿Α?br/>[Abstract]:A new type of SAW device has been developed and its application and performance in the field of micro - flow actuator and actuator have been studied .
ZnO / glass substrate devices have comparable performance to silicon substrate devices ;
In order to solve the problem of substrate suitability of thin film microfluidic device , a novel cell lysis device based on SAW device has been developed .
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212

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