聲表面波（surface acoustic wave, SAW）傳感器在溫度、紫外、應力應變等物理參量傳感，化學戰劑痕量檢測和生物傳感領域應用廣泛。相較于傳統的硬質SAW，新型柔性SAW能貼附在曲面上進行彎曲曲面監測，在智能蒙皮、曲面管道、柔性可穿戴等領域具有重要應用前景。但柔性SAW傳感器進行彎曲曲面監測時候，很難與平面監測效果一致。這是因為，柔性SAW彎曲時，其諧振頻率會因為彎曲（機械應變）發生偏移，從而強烈干擾對目標物質（如濕度、紫外線、氣體或生物分子等）的探測。如何最小化或消除彎曲應變帶來的干擾，實現曲面監測和平面監測效果的一致性是一個較大的難題。

針對上述挑戰，近日，湖南大學段輝高、周劍團隊提出了一種新策略，通過設計彎曲變形方向與聲波傳播方向之間的離軸角來最小化/消除機械彎曲應變對柔性SAW頻率偏移的影響，實現平面監測和曲面監測的一致性。

該團隊采用耦合波動方程和邊界條件建立了柔性SAW器件理論模型，系統研究了彈性應變下層狀器件的彎曲應變和離軸角對柔性SAW頻率偏移的規律，獲得了柔性SAW器件實現彎曲應變不靈敏的離軸角度。該團隊還制備了AlN/超薄玻璃的層狀結構柔性SAW器件，并在有應變干擾的濕度和紫外條件下，實現了抗應變干擾的濕度和紫外傳感性能，突破了平面監測和曲面監測的一致性瓶頸。相關工作發表于Nature出版集團的合作期刊npj Flexible Electronics（IF 12）。

離軸角度為（a）0°、（b）90°和（c）一定角度時，SAW傳感器彎曲狀態的應變頻率響應圖；（d）柔性SAW彎曲應變不靈敏理論分析模型；（e） 柔性彎曲條件下的應變測試方法示意圖。

柔性SAW應變不靈敏特性理論計算結果

具有抗應變干擾特性的柔性SAW傳感器，可用于曲面上濕度和UV傳感

該論文的通訊作者為湖南大學段輝高教授，第一作者為周劍副教授。英國諾桑比亞大學Yongqing Fu教授，新加坡南洋理工大學的Yuanjin Zheng教授及上海微技術工業研究院的古元冬教授在理論分析和材料制備上給予了指導。該研究得到了國家自然科學基金、湖南省科技攻關項目、廣東省重點研發計劃項目等資助。

論文信息：

https://www.nature.com/articles/s41528-022-00217-0