【摘 要】
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基于微机电系统技术的兰姆波谐振器是近年来兴起的一类新型压电声波器件。兰姆波谐振器的制作工艺与集成电路相兼容,使得其可以构成电路中的元器件,如振荡器、滤波器等。其特有的力学振动特性使其可以在微流控领域中用作执行器和驱动器。本文在总结了压电声波谐振器领域发展历程的基础上,对兰姆波谐振器进行了深入的研究。具体内容包括:（1）从基本的固体中的声波和压电效应等物理规律出发,研究了兰姆波谐振器的工作原理,建立
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基于微机电系统技术的兰姆波谐振器是近年来兴起的一类新型压电声波器件。兰姆波谐振器的制作工艺与集成电路相兼容,使得其可以构成电路中的元器件,如振荡器、滤波器等。其特有的力学振动特性使其可以在微流控领域中用作执行器和驱动器。本文在总结了压电声波谐振器领域发展历程的基础上,对兰姆波谐振器进行了深入的研究。具体内容包括:（1）从基本的固体中的声波和压电效应等物理规律出发,研究了兰姆波谐振器的工作原理,建立了实用的兰姆波谐振器数学模型和物理场模型,提出和分析了兰姆波谐振器的性能指标。研究了长波S0兰姆波谐振器的力学和电学特性,以及其中寄生模式的具体产生机制。首次构建出可用于器件设计、谐振模式分析、实验结果预测的兰姆波谐振器多物理场有限元仿真模型。（2）研究了抑制兰姆波谐振器中寄生模式的方法。首次基于模式机电耦合系数的算法提出在兰姆波谐振器中使用电场分布调制和振动分布调制抑制横向寄生模式的方法。具体演绎出悬浮型赝电极、连接型赝电极、含间隙的电极条、水平凸起和竖直凸起的结构设计,实际制造的谐振器的测试结果验证了这五种结构设计对寄生模式的调制和抑制作用。（3）设计了基于兰姆波谐振器声流体效应的粒子聚集器。从理论上计算出流体中的声波及其特性,演绎出声流体效应及其体积力计算式。首次建立了兰姆波谐振器声流体效应的多物理场有限元分析模型,分析了兰姆波谐振器的声流体效应。设计了由四个兰姆波谐振器构成阵列的微流控粒子聚集器,在一微升的液滴中实现了数以万计的微米级生物粒子的聚集。（4）设计了基于兰姆波谐振器阵列声波聚焦器的液滴喷射系统。根据兰姆波谐振器在液体中引发的声波和声流体效应的特点,首次设计了由八个兰姆波谐振器构成的声波聚焦器件。利用该器件产生的声波聚焦处的强声流体效应实现了在一微升液滴表面喷射出皮升量级的小液滴,初步制作成了一种微型化的、无喷嘴的液滴生成控制器。
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