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是否开发出了一种基于充满液体的玻璃圆柱壳微型液体传感器?

中国科学院深圳高级技术研究院(SIAT)科学家开发了一种基于充满液体的玻璃圆柱壳微型液体传感器,对圆柱壳的固有周向模态进行了声学激发,并对其进行了检测。

中国科学院深圳高级技术研究院(SIAT)科学家开发了一种基于充满液体的玻璃圆柱壳微型液体传感器,对圆柱壳的固有周向模态进行了声学激发,并对其进行了检测。圆柱壳的周向共振可以用来检测液体性质,相应的谐振场被限制在壳体表面,增强了声波与壳体内液体样品的相互作用,提高了灵敏度(本文图一与本研究无关)。

食品质量控制、石油化学成分分析、环境监测等领域都需要对液体性质进行快速、准确的分析。声子晶体可以有效地调制声波的传播和分布,被设计成基于局域模式的液体传感器。然而,这类传感器的复杂结构限制了它们的便携性和集成性,大多数基于声子晶体的传感器仍然是早期的实验室原型,琼研究成果发表在《传感器与执行机构,A辑:物理传感器》期刊上。

在前面分析优化的基础上,中国科学院林勤博士开发了由外半径为150.01μm、内半径为119.98μm、长度为10 mm的玻璃圆柱壳组成的制造系统,壳体内装入待测液体,传感器样本量约为0.45μL。为了评估圆柱形壳体系统的性能,研究了壳体内不同浓度的水和碘化钠(NaI)混合物的透射系数,壳周围总是有纯净的水。当具有适当共振频率的平面声波,穿过充满液体介质壳体并激发壳体的周向共振时:

壳体表面附近的声场可以与液体样品发生强烈的相互作用。共振透射倾角强烈依赖于液体声学性质,因此可以利用共振透射凹陷的位置来测量液体声学性质。圆柱形外壳是一次性的,与其他微流控部件兼容,它可以与芯片上的实验室设备集成,在未来的研究中用于各种微流控传感应用。液体传感是通过使用谐振圆柱壳来实现的,该传感机理是基于限制在圆柱壳周围局域环向波与圆柱壳内液体样品发生强烈的相互作用。

圆柱壳的共振传输强烈依赖于圆柱壳内液体的声学性质,特别是液体的密度。数值模拟和实验测量表明,透射倾角随壳体中碘化钠(NaI)和水混合物浓度的变化而变化。基于圆柱壳的周向模态的液体传感器有很多优点,例如,需要最小的液体样品,圆柱形外壳是一次性的,并且传感器与其他微流控部件兼容,从而允许液体传感器与用于各种微流控传感应用的芯片实验室设备集成。

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