濕度傳感器作為常見的傳感器之一,廣泛應(yīng)用于氣象學(xué)、工業(yè)過程控制、農(nóng)業(yè)種植和食物倉儲(chǔ)等領(lǐng)域。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,新興的濕度傳感器應(yīng)用領(lǐng)域比如智能家居與健康醫(yī)療等,除了對(duì)濕度傳感器的濕度響應(yīng)性能有要求外,還對(duì)濕度傳感器提出了智能化、集成化、微型化以及低成本化的需求。目前,實(shí)現(xiàn)濕度傳感器微型化及低成本化最有效的途徑是利用MEMS技術(shù)來制備MEMS濕度傳感器,而MEMS濕度傳感器中的壓電諧振式濕度傳感器相比于其他類型的MEMS濕度傳感器,具有靈敏度高、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)試量程大及測(cè)試信號(hào)準(zhǔn)數(shù)字型輸出等優(yōu)勢(shì),更適合應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)中。針對(duì)目前在研的MEMS壓電諧振式濕度傳感器存在綜合濕度響應(yīng)性能有待提高、濕敏材料在器件表面涂覆工藝重復(fù)性差、濕度響應(yīng)分析缺少理論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、以及器件難以進(jìn)一步集成與微型化的問題,本文以能與CMOS工藝相兼容的AlN薄膜作為壓電材料,結(jié)合表面重?fù)诫s的Si組成AlN/Si層狀結(jié)構(gòu),來制備具有良好化學(xué)與熱穩(wěn)定性的壓電諧振器,同時(shí)以親水性能好、吸水脫水速度快的氧化石墨烯（GO）碳納米薄膜作為濕敏材料,圍繞覆膜壓電諧振器的綜合濕度響應(yīng)性能、GO膜在壓電諧振器表面的涂覆工藝、覆... 

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 MEMS濕度傳感器
        1.2.1 濕度及MEMS濕度傳感器概述
        1.2.2 MEMS濕度傳感器的分類
        1.2.3 濕敏材料
    1.3 壓電諧振器
        1.3.1 壓電效應(yīng)及壓電材料
        1.3.2 壓電諧振器的概述與發(fā)展
        1.3.3 壓電諧振器的理論基礎(chǔ)
        1.3.4 壓電諧振式傳感器的性能參數(shù)
        1.3.5 壓電諧振式濕度傳感器的研究進(jìn)展
        1.3.6 壓電諧振式濕度傳感器所面臨的問題
    1.4 氧化石墨烯濕敏材料
        1.4.1 氧化石墨烯的概述
        1.4.2 氧化石墨烯層間的水分子傳輸機(jī)制
    1.5 論文的研究?jī)?nèi)容與框架
    1.6 本章小結(jié)
第2章 壓電諧振器與氧化石墨烯的加工制備及濕度測(cè)試平臺(tái)的搭建
    2.1 引言
    2.2 MEMS壓電諧振器加工
        2.2.1 壓電諧振器材料與結(jié)構(gòu)的選擇
        2.2.2 壓電諧振器的加工工藝
    2.3 氧化石墨烯的制備和表征
        2.3.1 氧化石墨烯溶液的制備
        2.3.2 氧化石墨烯材料的表征
    2.4 濕度測(cè)試平臺(tái)的搭建
    2.5 本章小結(jié)
第3章 聲表面波諧振式濕度傳感器及氧化石墨烯薄膜的涂覆工藝
    3.1 引言
    3.2 聲表面波諧振器的設(shè)計(jì)
        3.2.1 反射柵的設(shè)計(jì)
        3.2.2 單端SAW諧振器的設(shè)計(jì)
        3.2.3 雙端SAW諧振器的設(shè)計(jì)
    3.3 聲表面波諧振器結(jié)合氧化石墨烯薄膜在濕度檢測(cè)中的性能探究
        3.3.1 SAW諧振器結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇
        3.3.2 SAW諧振器的加工及氧化石墨烯薄膜的涂覆
        3.3.3 靜態(tài)濕度影響測(cè)試
        3.3.4 動(dòng)態(tài)濕度響應(yīng)測(cè)試
        3.3.5 濕度選擇性測(cè)試
        3.3.6 溫度穩(wěn)定性測(cè)試
    3.4 表面張力法制備均勻且厚度可控的氧化石墨烯薄膜
        3.4.1 實(shí)現(xiàn)氧化石墨烯膜均勻且厚度可控的意義及方法分析
        3.4.2 表面張力法制備氧化石墨烯薄膜及薄膜轉(zhuǎn)移的具體操作步驟
        3.4.3 氧化石墨烯薄膜的厚度標(biāo)定和表征
        3.4.4 SAW濕度傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)選取及器件標(biāo)定
        3.4.5 靜態(tài)濕度響應(yīng)測(cè)試
        3.4.6 動(dòng)態(tài)濕度響應(yīng)測(cè)試
    3.5 真空抽濾法制備大批量的均勻氧化石墨烯薄膜
        3.5.1 真空抽濾法的介紹
        3.5.2 濾膜的選擇及抽濾的過程
        3.5.3 氧化石墨烯薄膜的剝離及厚度標(biāo)定
        3.5.4 SAW諧振器的結(jié)構(gòu)參數(shù)及電學(xué)測(cè)試參數(shù)
        3.5.5 靜態(tài)濕度響應(yīng)測(cè)試
        3.5.6 動(dòng)態(tài)濕度響應(yīng)測(cè)試
    3.6 本章小結(jié)
第4章 聲表面波諧振式濕度傳感器的響應(yīng)特性
    4.1 引言
    4.2 聲表面波傳感器響應(yīng)特性的理論分析
        4.2.1 聲波傳播過程中的擾動(dòng)
        4.2.2 SAW諧振式傳感器的響應(yīng)特性
    4.3 環(huán)境濕度變化對(duì)氧化石墨烯薄膜電學(xué)特性的影響
        4.3.1 叉指電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與加工
        4.3.2 交流復(fù)阻抗分析法
        4.3.3 氧化石墨烯薄膜在不同濕度下的復(fù)阻抗特性及濕敏特性分析
        4.3.4 測(cè)試信號(hào)頻率大小對(duì)氧化石墨烯薄膜復(fù)阻抗特性的影響
    4.4 環(huán)境濕度變化對(duì)氧化石墨烯薄膜粘彈性的影響
        4.4.1 利用QCM測(cè)試薄膜粘彈性的介紹
        4.4.2 QCM覆膜前后的Mason模型
        4.4.3 不同濕度下覆膜QCM器件電特性的測(cè)試及氧化石墨烯薄膜剪切模量與厚度的提取
    4.5 聲表面波諧振式濕度傳感器具體的響應(yīng)特性
    4.6 本章小結(jié)
第5章 諧振式微壓電懸臂梁濕度傳感器的研究
    5.1 引言
    5.2 諧振式微壓電懸臂梁濕度傳感器的性能探究
        5.2.1 微壓電懸臂梁濕度傳感器的設(shè)計(jì)與加工
        5.2.2 微壓電懸臂梁濕度傳感器的響應(yīng)特性分析
        5.2.3 微壓電懸臂梁濕度傳感器的濕度響應(yīng)測(cè)試
    5.3 減小等效法質(zhì)量法提高微壓電懸臂梁濕度傳感器的相對(duì)靈敏度
        5.3.1 器件的設(shè)計(jì)與分析
        5.3.2 器件的濕度響應(yīng)測(cè)試
    5.4 高階模態(tài)法提高微壓電懸臂梁濕度傳感器的絕對(duì)靈敏度
        5.4.1 器件的設(shè)計(jì)與分析
        5.4.2 器件的濕度響應(yīng)測(cè)試
    5.5 本章小結(jié)
第6章 諧振式微壓電懸臂梁濕度傳感器在人體呼吸監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
    6.1 引言
    6.2 人體呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
    6.3 諧振式微壓電懸臂梁濕度傳感器的激勵(lì)與檢測(cè)
        6.3.1 閉環(huán)自激振蕩電路
        6.3.2 濕度傳感器的閉環(huán)測(cè)試
        6.3.3 自激振蕩電路的穩(wěn)定性
    6.4 人體呼吸的模擬監(jiān)測(cè)
        6.4.1 呼吸頻率的跟蹤測(cè)試
        6.4.2 不同呼吸模式的跟蹤模擬
    6.5 本章小結(jié)
第7章 總結(jié)與展望
    7.1 論文總結(jié)
    7.2 論文創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 論文展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介及攻讀博士學(xué)位期間的成果
    作者簡(jiǎn)介
    發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
    國家專利
    獎(jiǎng)勵(lì)及榮譽(yù)


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代:傳感器將迎來黃金十年[J]. 楊忠敏.  中國公共安全. 2014(06)
[2]物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代傳感器低成本化發(fā)展的思考[J]. 張永戰(zhàn),賀立龍,朱亮.  物聯(lián)網(wǎng)技術(shù). 2012(12)



本文編號(hào)：3717793