Etude de la sensibilité de piliers phononiques aux propriétés des liquides

Abstract

Nous présentons une étude expérimentale d'un cristal phononique (CP), composé d'un réseau de micropiliers en silicium gravés de 300 µm de diamètre et 240 µm de hauteur, sur une membrane de silicium de 160 µm, pour évaluer le couplage entre ces structures et les propriété de liquides placés sous la membrane. <par> Nous avons monté un banc de mesure pompe-sonde avec un interféromètre hétérodyne permettant de scanner la surface de l'échantillon et de reconstituer des images pour visualiser les vibrations du système en fonction de la fréquence. Pour simuler une configuration tubulaire, nous avons mesuré les vibrations avec une épaisseur d'eau contrôlée coincée entre l'échantillon à mesurer et une plaque de silicium. Sur la base de différentes simulations, nous étudions principalement trois modes de résonance localisés au sommet des piliers et présentant un champ de pression à l'intérieur de la couche liquide (pour des fréquences d'environ 1.4 MHz, 2.8 MHz et 5.3 MHz). <par> En plaçant de l'eau distillée sous l'échantillon, nous avons observé expérimentalement la dépendance des trois modes de résonance à l'épaisseur de la couche liquide. Pour vérifier la sensibilité de notre système aux propriétés des liquides, nous avons mesuré la réponse des piliers pour différentes concentrations volumique de glycérol dans l’eau. Les trois modes se décalent vers les basses fréquences avec l'augmentation de la concentration en glycérol avec une pente différente et un plateau pour les plus hautes concentrations testées. Le mode le plus sensible étant celui à 2.8 MHz qui permet, avec le choix de réglage de l'interféromètre, de détecter une concentration en glycérol de 1% en volume dans l'eau.