Page 131 - 《应用声学》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 尉浪浪 等： 声学微结构的微流控声场的改进与优化 977

耦合矩阵为
2 2 2
0[C/m ] −2.53764[C/m ] 0.193644[C/m ]
2 2 2
0[C/m ] 2.53764[C/m ] 0.193644[C/m ]
2 2 2
0[C/m ] 0[C/m ] 1.30863[C/m ]
2 2 2
0[C/m ] 3.69548[C/m ] 0[C/m ]
2 2 2
3.69594[C/m ] 0[C/m ] 0[C/m ]
2 2 2
−2.53384[C/m ] 0[C/m ] 0[C/m ]
相对介电常数为
43.6 43.6 29.16
声学微结构铜柱阵列的弹性矩阵设置为

1.38999 e + 011[Pa] 7.78366 e + 010[Pa] 1.38999 e + 011[Pa]

7.42836 e + 010[Pa] 7.42836 e + 010[Pa] 1.15412 e + 011[Pa]
0[Pa] 0[Pa] 0[Pa]
2.5641 e + 010[Pa] 0[Pa] 0[Pa]
0[Pa] 0[Pa] 2.5641 e + 010[Pa]

0[Pa] 0[Pa] 0[Pa]
0[Pa] 0[Pa] 3.0581 e + 010[Pa]

耦合矩阵为
2 2 2
0[C/m ] 0[C/m ] −5.20279[C/m ]
2 2 2
0[C/m ] 0[C/m ] −5.20279[C/m ]
2 2 2
0[C/m ] 0[C/m ] 15.0804[C/m ]
2 2 2
0[C/m ] 12.7179[C/m ] 0[C/m ]
2 2 2
12.7179[C/m ] 0[C/m ] 0[C/m ]
2 2 2
0[C/m ] 0[C/m ] 0[C/m ]

相对介电常数为 阵列的声学微结构，如图 6(b) 所示，可以明显的看
出，在铜柱阵列处周围能量较为集中，当目标细胞通
1475 1475 1300
过时，实现了在细胞沿着声波传播方向聚集的效果，
静电场主要用来输入电信号，参考阻抗 Z ref 设
加了强微流控芯片在细胞聚集、微粒子技术等领域
为50 Ω，阻尼类型选择P波和S波。
的作用。

3 仿真结果分析 其次，使用稳态求解器，在频域中绘制 SAW 芯
片在0 ∼ 30 MHz 内输出端的频率 -电势曲线图。从
3.1 声学微结构对表面波声场的调控 图7(a)与图7(b) 中可以看出，在IDT表面添加了声
当 SAW 器件不添加任何的声学微结构时，声 学微结构后，输出端的电势峰值从 0.407 V 提升至
波传输特性如图 6(a) 所示。从图中可以看出，由于 0.988 V，谷值−0.255 V变成−0.7798 V。综合来看，
两组 IDT 平行放置，SAW 沿着压电晶体表面传播 在 0 ∼ 30 MHz 中所有时刻输出端的电势平均增加
且声波幅值变化不大，能量发散，利用率较低，很难 了约0.25 V，由此可见，声学微结构的引入一定程度
实现对声场的控制。随后，在芯片表面加入了铜柱 上有效地改善了SAW的声场强度。