中國科學(xué)院深圳高級技術(shù)研究院(SIAT)科學(xué)家開發(fā)了一種基于充滿液體的玻璃圓柱殼微型液體傳感器，對圓柱殼的固有周向模態(tài)進行了聲學(xué)激發(fā)，并對其進行了檢測。

圓柱殼的周向共振可以用來檢測液體性質(zhì)，相應(yīng)的諧振場被限制在殼體表面，增強了聲波與殼體內(nèi)液體樣品的相互作用，提高了靈敏度（本文圖一與本研究無關(guān)）。

食品質(zhì)量控制、石油化學(xué)成分分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域都需要對液體性質(zhì)進行快速、準(zhǔn)確的分析。聲子晶體可以有效地調(diào)制聲波的傳播和分布，被設(shè)計成基于局域模式的液體傳感器。然而，這類傳感器的復(fù)雜結(jié)構(gòu)限制了它們的便攜性和集成性，大多數(shù)基于聲子晶體的傳感器仍然是早期的實驗室原型，瓊研究成果發(fā)表在《傳感器與執(zhí)行機構(gòu)，A輯：物理傳感器》期刊上。

在前面分析優(yōu)化的基礎(chǔ)上，中國科學(xué)院林勤博士開發(fā)了由外半徑為150.01μm、內(nèi)半徑為119.98μm、長度為10 mm的玻璃圓柱殼組成的制造系統(tǒng)，殼體內(nèi)裝入待測液體，傳感器樣本量約為0.45μL。為了評估圓柱形殼體系統(tǒng)的性能，研究了殼體內(nèi)不同濃度的水和碘化鈉(NaI)混合物的透射系數(shù)，殼周圍總是有純凈的水。當(dāng)具有適當(dāng)共振頻率的平面聲波，穿過充滿液體介質(zhì)殼體并激發(fā)殼體的周向共振時：

殼體表面附近的聲場可以與液體樣品發(fā)生強烈的相互作用。共振透射傾角強烈依賴于液體聲學(xué)性質(zhì)，因此可以利用共振透射凹陷的位置來測量液體聲學(xué)性質(zhì)。圓柱形外殼是一次性的，與其他微流控部件兼容，它可以與芯片上的實驗室設(shè)備集成，在未來的研究中用于各種微流控傳感應(yīng)用。液體傳感是通過使用諧振圓柱殼來實現(xiàn)的，該傳感機理是基于限制在圓柱殼周圍局域環(huán)向波與圓柱殼內(nèi)液體樣品發(fā)生強烈的相互作用。

圓柱殼的共振傳輸強烈依賴于圓柱殼內(nèi)液體的聲學(xué)性質(zhì)，特別是液體的密度。數(shù)值模擬和實驗測量表明，透射傾角隨殼體中碘化鈉(NaI)和水混合物濃度的變化而變化?；趫A柱殼的周向模態(tài)的液體傳感器有很多優(yōu)點，例如，需要最小的液體樣品，圓柱形外殼是一次性的，并且傳感器與其他微流控部件兼容，從而允許液體傳感器與用于各種微流控傳感應(yīng)用的芯片實驗室設(shè)備集成。

博科園｜研究/來自：中國科學(xué)院/李元

參考期刊《傳感器與執(zhí)行機構(gòu)，A輯：物理傳感器》

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