CN109612574A - 一种声质点振速传感器的制备方法 - Google Patents

一种声质点振速传感器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种声质点振速传感器的制备方法，包括如下步骤：(1)将配置好的金属溶液吸入吸液管中；(2)将吸液管固定在纳米位移平台上，吸液管针头的下方放置基底；(3)纳米位移平台控制吸液管以恒定速度垂直向上抬起一定距离，停留一段时间，在基底表面形成金属液滴；(4)纳米位移平台继续控制吸液管水平运动，形成直径为纳米尺度的金属细丝；位移平台停止后在基底表面形成第二个金属液滴，金属细线悬空在两个金属液滴之间；(5)将基底与吸液管脱离，再重复步骤(3)至(4)制备另外一条平行的金属细丝，最后进行高温处理。本发明的制备方法简单高效，获得的悬空金属细丝热容很小，能够快速响应空气声波扰动所引起的温度变化。

Description

一种声质点振速传感器的制备方法
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种声质点振速传感器的制备方法。
背景技术
声音是空气媒介的质点振动传播，一般使用声压、声质点振速和声阻抗三个物理量描述声场特性。就目前而言，测量声压比较容易实现，相关传感器也日趋成熟，所以声压已成为人们最为普遍采用的描述声波性质的物理量。但是，由于声质点振速物理量的测量手段缺乏，声学测量能力受限。
对微米尺度的两根平行金属丝通以电流加热周围空气，声波引起的空气质点振动导致细丝温度的周期性变化，进而可以检测空气声质点振动，将这种热线式的风速传感器制作成微纳米尺度器件，能够作为声波传感器使用。但是，声波具有一定的频率，其扰动方向和大小随时间快速变化。目前制备这样的器件均采用传统半导体加工手段，在硅基底上通过镀膜光刻以及刻蚀等手段制备出两条悬空的金属线，金属线受到较厚的氮化硅支撑，连接于两侧硅基。对于利用这种工艺制备得到的传感器，一方面，较厚的氮化硅带来的热容使得传感器灵敏度随频率升高而衰减，另一方面，两侧的硅基的冷边界条件也影响了传感器的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种声质点振速传感器的制备方法，该方法更加简单高效。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种声质点振速传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制金属溶液，将金属溶液吸入吸液管中；
(2)将吸液管固定在纳米位移平台上，吸液管针头的下方放置基底；
(3)纳米位移平台控制吸液管以恒定速度垂直向上抬起一定距离，停留一段时间，在基底表面形成金属液滴；
(4)纳米位移平台继续控制吸液管水平运动，形成直径为纳米尺度的金属细丝；位移平台停止后在基底表面形成第二个金属液滴，所述金属细线悬空在两个金属液滴之间；
(5)将基底与吸液管脱离，再重复步骤(3)至(4)制备另外一条平行的悬空金属细丝，最后进行高温处理。
进一步地，所述步骤(1)中，金属溶液中含有表面活性剂，金属溶液中的溶剂在室温或加热条件下为易挥发。
进一步地，所述步骤(2)中，基底为亲金属溶剂的材料。
进一步地，所述步骤(3)中，吸液管的速度范围为1mm/s-4mm/s。
本发明结合金属纺丝法和纳米电动位移台，能够制备直径为纳米尺度的金属丝，该细丝能够以一定的高度悬空于基底。所制备的器件通以电流加热后，受到声波扰动影响，金属丝的电阻将会变化，故可以作为声波传感器使用。并且，由于悬空的金属丝无附加支撑结构，依靠液滴形状金属支撑，因此最大化降低传感器热容性，能够快速响应空气声波扰动所引起的温度变化，从而适应更宽广的频率范围。
附图说明
图1为本发明制备方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
本实施例提供一种声质点振速传感器的制备方法，具体步骤如下：
首先配制金属溶液1，溶液中包含表面活性剂来调节溶液的表面张力，溶剂应当在室温或加热条件下容易挥发。该溶液被吸入进微量吸液管2中，其中微量吸液管2的结构类似于微量进样器，可根据成型需求选用不同规格尺寸的吸液管，由于金属溶剂通过微量吸液管针头喷出时溶剂迅速挥发，在进一步进行热处理即可得到金属。以制备银金属丝为例，所用到的化学试剂：硝酸银，聚乙烯吡咯烷酮，乙腈，十二烷基硫酸钠，去离子水。配方如下：聚乙烯吡咯烷酮0.4g溶于2.5ml乙腈，再加入硝酸银1.5g，再加入十二烷基硫酸钠(表面活性剂)0.05g，最后加入0.5ml去离子水充分混合。
然后，将微量吸液管2略为倾斜角度固定于电动位移台，该位移台能够以纳米精度进行位移控制。利用纳米位移台将微量吸液管针头慢慢移动直到接触到水平放置的基底3。基底3需要选择亲溶剂材料，以便能够在其表面形成微小液滴和增加粘附力，本实施例选用单晶硅片。
再将微量吸液管2以恒定2mm/s速度垂直向上抬起20μm距离，停留2s时间，在基底形成水滴状的金属小液滴4。
将微量吸液管2水平运动，由于溶液接触到空气后，溶剂会迅速蒸发，形成金属细丝5。金属细丝5的直径取决于吸液管2的移动速度，本实施例吸液管2的移动速度为2mm/s，可以得到小于50nm直径的细丝。如果吸液管2运动速度恒定，细丝均匀性更好。
待吸液管2移动到确定的位置后停止，形成第二个液滴6。然后基底3下降，与吸液管2脱离。最后即可形成桥形的悬空金属细线。细线直径可达到纳米级别。
使用同样的方法制备另外一条相同尺寸的平行悬空金属细线，最后进行高温处理，即在真空环境下300摄氏度保持1小时，得到本实施例的声质点振速传感器。

Claims (4)

1.一种声质点振速传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制金属溶液，将金属溶液吸入吸液管中；
(2)将吸液管固定在纳米位移平台上，吸液管针头的下方放置基底；
(3)纳米位移平台控制吸液管以恒定速度垂直向上抬起一定距离，停留一段时间，在基底表面形成金属液滴；
(4)纳米位移平台继续控制吸液管水平运动，形成直径为纳米尺度的金属细丝；位移平台停止后在基底表面形成第二个金属液滴，所述金属细线悬空在两个金属液滴之间；
(5)将基底与吸液管脱离，再重复步骤(3)至(4)制备另外一条平行的悬空金属细丝，最后进行高温处理。
2.根据权利要求1所述的一种声质点振速传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，金属溶液中含有表面活性剂，金属溶液中的溶剂在室温或加热条件下为易挥发。
3.根据权利要求1所述的一种声质点振速传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，基底为亲金属溶剂的材料。
4.根据权利要求1所述的一种声质点振速传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，吸液管的速度范围为1mm/s-4mm/s。
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