Page 133 - 《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 979

中间声波传输区域布满铜柱微结构，并绘制了其在 点在13 MHz 时，总位移最小为14 × 10 −6 µm，而参
13 MHz声波传输特性，如图9所示。 考点与至相反，在13 MHz时总位移最大，这表明该

T mm 声学微结构为基础的 SAW 芯片不仅能对特定频率
3
4 3 2 1 0
0 的声场产生增益，同时形成的声场特性要明显优于
0.5 普通 SAW 芯片，为突破传统 SAW 芯片难以实现的
T 3 mm 1.0 声场调控现象提供了可能。
1.5
2.0
z 200 mm 5
x 4
y
(a) ʼ፥ፇ౞ 3
2
freq=13 MHz ᛫᭧ von Mises stress (N/m ) ঴ͯረ/(10 -11 m) 2
3
T mm 1 ˗ॷག
4 3 2 1 0 0 ԠᏦག
0 6 -1
5
0.5 -2
T 3 mm 1.0 4 3 (10 5 N/m 2 ) 12.0 12.5 ᮠဋ/MHz 13.5 14.0
13.0
1.5
2.0 2 图 10 中心点与参考点不同频率总位移场
z 200 mm 1
x Fig. 10 Total displacement field at different fre-
y
(b) ᛫᭧ܦԍ quencies between the center point and the refer-
图 9 布满铜柱阵列 ence point
Fig. 9 Array of copper pillars

将图 9(b) 与图 6 相比较发现，将铜柱阵列均匀 3.2 改变声学微结构铜柱数量对声场的影响
布满放置IDT之间，在频率为13 MHz 时，铜柱阵列 为了进一步探究铜柱数量对基片表面声场的
5
4
表面声场从10 增长至10 数量级，局域声场大幅度 影响，分别将声学微结构声铜柱阵列的个数由 5 个
增强。同时，取基板几何中心点和叉指换能器一点 改为 3 个和 7 个，如图 11 所示。随后，分别绘制基片
作为参考点，绘制总位移场，从图10可以看出，中心 表面声压场，如图12所示。

3
3
T mm T mm
0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
2.0 2.0
T 3 mm
1.5 1.5
1.0 1.0 T 3 mm
0.5 0.5
0 0
y  mm y  mm
z z
x (a) ᨷಏ˔஝˞3˔ x (b) ᨷಏ˔஝˞7˔
图 11 不同个数的铜柱阵列三维模型
Fig. 11 3D model of copper column array with different numbers
GSFR=13 MHz ᛫᭧ von Mises stress GSFR=13 MHz ᛫᭧ von Mises stress
3
T mm
3
T mm 1
0 9  mm 0 2 3 4 5
 mm 1 2 3 4 2.0
8
2.0
7 1.5 4
1.5 6 1.0 T 3 mm
1.0 T 3 mm 5 (10 4 N/m 2 ) 0.5 3 (10 5 N/m 2 )
0.5 4 2
3 0
0 2 y
y 1
z 1 z x
x
(a) ᨷಏ˔஝˞3˔ (b) ᨷಏ˔஝˞7˔
图 12 不同个数铜柱阵列表面声场
Fig. 12 Different number of copper column array surface sound field