一种网格型声学传感结构的制造工艺及声波检测方法与流程

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种网格型声学传感结构的制造工艺及声波检测方法。

背景技术：

随着人类社会进入信息化时代，对信息进行感知、采集、转换、传输和处理的信息技术已经渗透到社会的各个领域并发挥着越来越重要的作用，而完成这些功能的器件也已经成为各个应用领域中不可或缺的重要技术工具。作为信息采集系统的首要部件，传感器是实现现代化测量和自动控制的主要环节，它既是现代信息产业的源头，也是社会在进入信息化时代后赖以生存与发展的物质与技术基础。声学传感器作为传感器的一种，是整个声探测系统中的首要部件，在现代社会中也有着无法取缔的地位，同时，由于声音依靠介质传播，声学传感器也能应用于微流动传感上，目前多种传感机制的声学传感器相继开发，然而压阻传感器与电容传感器往往测试系统较为复杂，压电传感器往往需要对材料进行防潮处理。基于电磁感应原理的传感器件具有频响范围宽、响应速度快并且能够直接反应微流体振动的特点，利用切割磁感线产生的动生电动势制备自供电传感器，是一种新型检测微流动的传感器件。

要实现声波等以微流体振动的方式传播的信号的检测，需要传感结构在具有低质量的前提下，具有较高的强度和柔性，且传感结构能够随着介质的振动发生相应的振动，从而辨识微小振动。目前已报道的检测手段多数是基于压电原理、压阻原理及电容原理，存在制备工艺复杂，无法直观地反应介质振动本身的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种网格型声学传感结构的制造工艺及声波检测方法，制造工艺简单，制备的网格型传感结构在微流动检测方面具有巨大的应用前景。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种网格型声学传感结构的制造工艺，包括以下步骤：

第一步，光刻胶模具制备：使用光刻技术在基底1上制备一个网格凹槽的光刻胶模具2，并对光刻胶模具2进行表面处理，使其利于后续填充充分；

第二步，刮涂制备网格结构：在光刻胶模具2上使用刮刀3刮涂两次，材料分别使用碳纳米管和聚乙烯醇，在烘台上加热至定型，使用去离子水清除表面残留物后，制备出凹槽内有网格型结构4的光刻胶模具2；

第三步，牺牲模具获得网格型传感结构：将凹槽内制有网格型结构4的光刻胶模具2置于可溶解光刻胶的溶液中，牺牲光刻胶模具2获得无基底的网格型结构4，在网格型结构4上镀金属，以提高其导电性，获得网格型传感结构5。

所述的第三步中在网格型结构4上蒸镀100nm金。

所述的网格型传感结构5的声波检测方法，包括以下步骤：先固定上下的一对强磁铁6营造磁场环境，将网格型传感结构5置于磁场环境中，磁场环境的磁感线方向与网格型传感结构5网格方形的一条边接近平行，沿着不平行磁感线方向的网格型传感结构5网格方形的另一条边引出导线，形成闭合回路即完成声电转换，获得感应电流信号。

本发明的有益效果为：

本发明采用牺牲模具的方法制备网格型结构4，通过选用碳纳米管制备网格型结构减小传感结构的质量，选用聚乙烯醇作为粘结剂提高结构的强度，同时网格型传感结构5具有较高的结构强度，降低模具厚度和网格线宽可以提高网格型传感结构5对周围介质振动的响应能力，实现网格型传感结构5的宽频带检测。本发明制造工艺简单，制备的网格型传感结构5在微流动检测方面具有巨大的应用前景。

附图说明

图1为在基底1上制备有光刻胶模具2的俯视图。

图2为在基底1上制备有光刻胶模具2的截面图。

图3为在光刻胶模具2刮涂碳纳米管及聚乙烯醇的示意图。

图4为网格型传感结构5的声波检测示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细描述。

一种网格型声学传感结构的制造工艺，包括以下步骤：

第一步，光刻胶模具制备：如图1、图2所示，使用光刻技术在基底1，如硅片上，制备一个网格凹槽的光刻胶模具2，其深度为h，凹槽宽度为w1，间距为w2，并对光刻胶模具2进行表面处理，使其利于后续填充充分；

第二步，刮涂制备网格结构：在光刻胶模具2上使用刮刀3刮涂碳纳米管，在烘台上加热至85℃，保持10min左右进行定型，再使用刮刀3于其上刮涂聚乙烯醇，在烘台上加热至40℃，待其干燥，使用去离子水清除表面残留物后，即可制备出凹槽内有网格型结构4的光刻胶模具2，如图3所示；

第三步，牺牲模具获得网格型传感结构：将凹槽内制有网格型结构4的光刻胶模具2置于可溶解光刻胶的溶液中，如无水乙醇，牺牲光刻胶模具2获得无基底的网格型结构4，将网格型结构4捞出并固定，再于网格型结构4上蒸镀100nm金，以增强其导电性，获得网格型传感结构5。

所述的网格型传感结构5的声波检测方法，包括以下步骤：参照图4，先固定上下的一对强磁铁6营造磁场环境，将网格型传感结构5置于磁场环境中，磁场环境的磁感线方向与网格型传感结构5网格方形的一条边接近平行，沿着不平行磁感线方向的网格型传感结构5网格方形的另一条边引出导线，形成闭合回路即完成声电转换，获得感应电流信号；网格型传感结构5由周围介质振动而引起自身振动，其垂直磁感线方向的线段结构将切割磁感线产生感应电势，其平行磁感线方向的线段结构不产生感应电势，起到导电和固定的作用。

本发明采用了刮涂和牺牲模具的方法，制备了无基底的复合材料的网格型传感结构，通过牺牲模具实现无基底的结构化薄膜的制备，且模具制备工艺和刮涂工艺简单。通过刮涂多种不同材料，将聚乙烯醇作为粘结剂渗入到碳纳米管当中，增强了网格型结构的强度和韧性，在网格型结构4上蒸镀金提高了结构的导电性。基于电磁感应原理，网格型传感结构5在磁场中可以有效地将介质振动信号转换为电信号，实现声波检测。

技术特征：

技术总结
一种网格型声学传感结构的制造工艺及声波检测方法，制造工艺是在基底上制备一个网格凹槽的光刻胶模具，在光刻胶模具上刮涂碳纳米管及聚乙烯醇，加热定型制备出凹槽内有网格型结构的光刻胶模具；再将光刻胶模具置于可溶解光刻胶的溶液中，牺牲光刻胶模具获得无基底的网格型结构，在网格型结构上镀金，获得网格型传感结构；网格型传感结构的声波检测方法是先营造磁场环境，将网格型传感结构置于磁场环境中，磁场环境的磁感线方向与网格型传感结构网格方形的一条边接近平行，沿着不平行磁感线方向的网格型传感结构网格方形的另一条边引出导线形成闭合回路，获得感应电流信号；本发明制造工艺简单，能检测空气介质微弱声波传递。

技术研发人员：陈小明;李颖杰;邵金友;田洪淼;李祥明;王春慧
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2019.03.05
技术公布日：2019.06.18