一种基于多铁压电纳米纤维压力传感器设计.pdf

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1、94传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第9期DOI：10．13873／J．i000-9787(2014)09-0094--03一种基于多铁压电纳米纤维压力传感器设计汪海涛，谭晓兰，李佳玮(北方工业大学机电工程学院。北京100144)摘要：设计了一种基于静电纺丝技术制备的多铁压电纳米纤维微压力传感器结构，对其工作原理做出了理论分析。近似平行排列的纳米纤维沉积NY-指电极上，电极材料生长于硅基底方形弹性膜片上表面，用小挠度理论设计计算了方膜结构，并对固支结构的纤维进行了力学

2、分析。由纤维压电效应计算出传感器输出电压，并对传感器的结构尺寸进行比较分析，以提高传感器输出电压。关键词：微压力传感器；静电纺丝；多铁压电纳米纤维；弹性膜片中图分类号：TH12文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)09-0094-03Design0fakind0fpressuresensorbased0nmultiferroic●1』●1DleZ0eleCtrlCnan0-IlDerWANGHal—tao，TANXiao—lan，LIJia—wei(CollegeofElectromeehanicalEngineering，N

3、orthChinaUniversityofTeclmology，Beijing100144，China)Abstract；Designstructureofamicropressuresensorbasedonmultiferroiepiezoelectrichano'fiberwithelectrospinningtechnology，andtheoreticalanalysisofworkingprincipleiscarriedout．Thenano—fiberapproximatearrangedinparallelisdeposit

4、tedtointerdigitalelectrode．Electrodematerialgrowsonsquareelasticdiaphragmofsiliconsubstratesurface，thesquareelasticdiagramisdesignedandcalculatedbytheoryoflittledeflection，thenmechanicalanalysisiscarriedoutonfixedstructurenano—fiber．Outputvoltageofsensorcanbecalculatedbyfib

5、erpiezoelectriceffect，comparative~nalysisonstructuresizeofsensoriscarriedout，toimproveoutputvoltageofsensot．Keywords：micropressuresensor；electrospinning；muhiferroicpiezoelectricnano—fiber；elasticdiaphragm0引言体、叉指电极、多铁纳米纤维。首先在硅片背面溅射铝并运压电式压力传感器是MEMS(micro—electro—mechanical用ME

6、MS工艺刻蚀硅使之形成空腔硅杯，然后在硅杯上表system)器件中应用广泛的一类，其敏感材料多为块体和薄面生长镍酸镧。(LaNIO。，LNO)，正面干法刻蚀。后形膜。国内外诸多专家学者对该领域做了大量的研究工作并成又指电极，最后由静电纺丝技术制备的平行纤维沉积固取得了许多科研成果。与块体和薄膜相比，悬空的多铁定在电极上，形成压电纳米纤维压力传感器，其剖视图如纳米复合纤维具有很大的长径比，可以将由压电效应引起图2。的位移放大，从而有可能提高传感器性能。2传感器的原理和理论分析本文将静电纺丝技术制备的取向有序的多铁纳米纤本传感器以多铁压电纳米纤维

7、为敏感材料，其基本工维与MEMS技术制作的叉指电极、空腔硅基体很好的结作原理是利用纤维的压电效应。硅基体空腔部分形成弹性，设计了纳米压电纤维压力传感器的结构，对其工作原理膜片，当膜片下表面受压时将产生应变和应力，叉指电极随进行了理论分析，得出了微压力传感器的输出电压，并对传之变形，引起纤维弯曲，从而使得纤维内部的正负电荷中心感器的结构尺寸进行比较分析，以提高传感器性能。发生偏移。在表面出现极化电荷，叉指电极可将纤维产生的1压电纳米纤维压力传感器的结构设计传感器由四部分组成(如图1)：铝掩蔽层、空腔硅基电荷以电压形式输出。收稿马期：2014-0

8、3-12基金项目：国家自然科学基金资助项目(51375017)；北京市自然科学基金资助项目(3122014)第9期汪海涛，等：一种基于多铁压电纳米纤维压力传感器设计