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Love波是一种在半无限层状结构中传播的水平剪切(shear horizontal,SH)型表面声波(surface acoustic wave,SAW)。它的基片是支持SH波的压电晶体,波导层一般是各向同性介质且横波速度低于基片中的SH波。由于能量主要集中于波导层及基片表面,波导表面质点位移大,故具有很高的灵敏度。同时,Love波只存在SH方向质点位移,表面存在液体时能量损耗低,非常适合制作液相传感器。此外,用来激发和接收声波的叉指换能器(interdigital transducer, IDT)制作在波导层和压电基片中间,避免了外界环境的干扰和腐蚀。目前关于Love波的生物化学等液体传感器和气体传感器的研究已经开展到提高性能并逐步进入实用的阶段,在项目组已有的压电Love波传播理论和BET气体吸附理论基础之上,本文通过实验研究了覆盖粘弹性聚合物波导、弹性波导+粘弹性波导器件中Love波传播性能,分析其在传感器领域的应用价值,开展了湿度检测实验研究。 在理论部分,本文采用多层波导/压电基片中Love波传播的精确理论模型,得到双波导层结构中Love波传播的频散公式;采用简化Maxwell-Weichert模型来描述聚合物波导的粘弹性剪切模量,分析了粘弹性波导层Love波传感器的质量灵敏度。采用BET气体吸附理论描述了气体在传感器表面的吸附行为,得到了传感器输出随气体浓度变化的响应机制。 在实验部分,本文研制了一种以ST-90°X石英为基片、采用分裂指结构的IDT的Love波延迟线,其工作频率约为178MHz;在延迟线表面分别制作SiO2、SU-8、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)薄膜作为波导层,测试并对比分析了各种结构中Love波的传播性能。在此基础上搭建了Love波湿度传感器实验平台,分别测试了单层PVA、单层SU-8、SU-8+PVA、SiO2+PVA等不同结构器件的感湿特征曲线,采用前述理论分析解释了实验现象;结果表明,SiO2+PVA双层膜结构的Love波器件结合聚合物和无机物波导层的共同优点,具有最佳的性能。最后对Love波湿度传感器其他性能进行了一些探索性研究,包括传感器的湿度量程、感湿特征曲线线性度、灵敏度和湿滞效应等。这些研究对评估传感器性能,为最终获得具有低检测下限、高灵敏度、高温度稳定性以及良好的重复性的新型Love波湿度传感器打下基础。