一种压阻式真空计及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种压阻式真空计，其中包括石墨烯传感元件、柔性载体以及导线，所述石墨传感元件中包括石墨烯中空管道。所述柔性载体包覆所述石墨烯传感元件，并将所述石墨烯中空管道密封，所述柔性载体与所述石墨烯传感元件紧密接合，以使所述柔性载体产生形变时，所述石墨烯传感元件随所述柔性载体一同形变。所述导线与所述石墨烯传感元件连接，用于构成监测电流回路。本发明专利技术提供的真空计形变能力强、压敏系数高，量程和灵敏度与现有压阻式真空计相比具有显著提升。另一方面，本发明专利技术还提供了一种压阻式真空计的制造方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传感器
，具体涉及一种用于测量环境气压的真空计。
技术介绍
真空计是在科研和工业生产中广泛使用的一类测量真空度或气压的仪器。按其测量过程中利用的物理原理可分为三大类:利用力学性能、利用气体动力学效应和利用带电粒子效应的真空计。由于机制所限，每一类真空计仅能测量一定的范围，具有有限的量程，且在相互衔接的区域，往往造成较大的误差。利用力学性能的真空计是目前最常用的一类真空计，其中，压阻式真空计作为利用力学性能真空计的典型代表，其原理是在不同压力下压敏元件膜片受力不同会有不同尺度的变形，导致压敏元件电阻发生变化，通过测量电阻的变化量，可以获得气压变化。压敏元件通常采用金属或者掺杂的半导体材料制成。金属压阻式真空计具有量程大，使用便捷的优点，但是形变能力差，压敏系数较低。半导体压阻式真空计具有优异的压敏系数，但是形变能力差限制了其实际应用。相对的，薄膜电容式真空计的灵敏度很高，能够克服压阻式真空计的缺点，但是薄膜式真空计的量程较小，且对使用环境有一定要求。所以，综上所述，有必要提供一种新型的压阻式真空计，既具有优秀的形变能力和压敏系数，又具有使用便捷、不受环境限制的特点。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种应变能力强、压敏系数高的真空计。根据本专利技术的一个方面，提供了一种压阻式真空计，其中包括:石墨烯传感元件，所述石墨烯传感元件包括石墨烯中空管道；柔性载体，所述柔性载体包覆所述石墨烯传感元件，并将所述石墨烯中空管道密封，所述柔性载体与所述石墨烯传感元件紧密接合，以使所述石墨烯传感元件在所述柔性载体产生形变时随所述柔性载体一同形变；至少两支导线，所述导线与所述石墨稀传感元件连接。所述石墨烯传感元件包括沿不同方向延伸的石墨烯中空管道，且不同方向的石墨烯中空管道相互贯通，形成具有网络状管道结构的石墨烯传感元件。所述导线可以与所述石墨烯中空管道的端部连接。所述石墨烯中空管道内部可以抽真空也可以充入一定量的气体。所述石墨烯传感元件可以位于所述柔性载体的力学中性位置，所述柔性载体的材料可以是聚二甲基硅氧烷或者环氧树脂。所述压阻式真空计中还可以包括金属互连，所述金属互连设置在所述石墨烯中空管道的端部，所述导线通过所述金属互连与所述石墨烯中空管道连接。另一方面，本专利技术还提供了一种制造上述压阻式真空计的方法，其中包括:步骤1、提供生长衬底，在所述生长衬底表面进行化学气相沉积，生长石墨烯传感元件；步骤2、在所述生长衬底和石墨烯传感元件周围形成柔性载体，所述柔性载体将所述石墨稀传感元件密封，并与石墨稀传感元件紧密接合；步骤3、在所述柔性载体上设置刻蚀开口，刻蚀去除所述生长衬底；步骤4、在所述石墨稀传感元件上连接导线，并密封所述刻蚀开口。所述制造方法还包括在所述步骤I与步骤2之间进行的在所述石墨烯传感元件上形成金属互连的步骤；所述步骤2还包括，所述柔性载体将所述金属互连密封；所述步骤3还包括，所述刻蚀开口避开所述金属互连；所述步骤4还包括，所述导线连接在所述金属互连上，导线通过金属互连与所述石墨稀传感元件连接。或者，所述步骤3可以包括，保留部分所述生长衬底作为金属互连；所述步骤4还包括，所述导线连接在所述金属互连上，导线通过金属互连与所述石墨稀传感元件连接。本专利技术提供的压阻式真空计中使用石墨烯作为压敏传感元件，石墨烯材料具有管道状宏观结构，能够对管道内外的压差作出形变响应，从而引起电阻变化。本专利技术的真空计灵敏度和量程均能够得到极大提高。此外，柔性载体提供了密封腔室，保护传感元件不被外界环境污染，器件的稳定性得到极大提升。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。【附图说明】被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是本专利技术具体实施例中所述压阻式真空计的立体结构示意图；图2是本专利技术具体实施例中所述压阻式真空计的俯视结构示意图；图3是本专利技术具体实施例中所述压阻式真空计的正视截面示意图；图4是本专利技术具体实施例中所述压阻式真空计制造方法的流程框图。【具体实施方式】现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。本专利技术提供了一种压阻式真空计，其中包括:石墨烯传感元件、柔性载体以及导线，所述石墨烯传感元件中包括至少一条石墨烯中空管道。所述柔性载体形成在所述石墨烯传感元件周围，与所述石墨烯传感元件紧密结合并将其密封。所述石墨烯中空管道在所述柔性载体内部形成中空结构，其紧贴在柔性载体的内壁上，当所述柔性载体受到外部的压力而产生压缩变形时，所述柔性载体会将受力载荷传递给石墨烯传感元件，所述石墨烯中空管道会一同发生压缩变形；由于石墨烯中空管道被所述柔性载体密封，所以其中封入的空气量恒定，当外部压力减小时，石墨烯中空管道内的压力会使石墨烯中空管道和柔性载体产生膨胀变形。所述石墨烯传感元件的具有较高的电阻应变灵敏系数，当自身产生形变时，电阻会随之产生变化。所述导线与所述石墨烯传感元件连接，在本专利技术所述的压阻式真空计中，至少包括两支导线分别连接在石墨烯传感元件上的导线，以构成监测电流的导通回路。当所述石墨烯传感元件的电阻产生变化时，通过测量监测电流的变化程度，可以获得环境气压的大小。所述石墨烯传感元件除包括石墨烯中空管道外，还可以包括其它用于连接电路、限制自身位置的部件。优选的，为了提高所述压阻式真空计对各个方向气压变化的监测能力，所述石墨烯传感元件2可以包括多条不同方向的石墨烯中空管道21，所述石墨烯中空管道21相互贯通，构成具有网络状管道结构的石墨烯传感元件2。如图1所示，方向不同的石墨烯中空管道21相互连通交错，形成管道网络。特别的，这种结构能够对平行于管道网络方向的压力变化具有更灵敏的响应，在外部载荷的作用下，石墨烯中空管道21的电阻呈现指数级变化趋势，并且具有优异的形变能力，能够使真空计实现高灵敏度、大量程的特点。在本专利技术的其他实施方式中，所述石墨烯传感元件2中还可以包括多个方向的石墨烯中空管道21，所述石墨烯中空管道21可以组成立体的网络状管道结构，能够对更多方向实现更灵敏的响应。特别的，为了使监测所述石墨烯传感元件2的整体形变情况，所述导线3可以连接在所述石墨烯中空管道21的两端。本专利技术所述的压阻式真空计中可以设置多支导线3，用于监测所述石墨烯传感元件2不同位置的形变情况。例如，所述石墨烯中空管道21为网络状管道结构时，可选的，导线3可以连接在各个中空管道的端部。本专利技术并不限制所述导线3连接在石墨烯传感元件2上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压阻式真空计，其特征在于，包括：石墨烯传感元件(2)，所述石墨烯传感元件(2)包括石墨烯中空管道(21)；柔性载体(1)，所述柔性载体(1)包覆所述石墨烯传感元件(2)，并将所述石墨烯中空管道(21)密封，所述柔性载体(1)与所述石墨烯传感元件(2)紧密接合，以使所述石墨烯传感元件(2)在所述柔性载体(1)产生形变时随所述柔性载体(1)一同形变；以及，至少两支导线(3)，所述导线(3)与所述石墨烯传感元件(2)连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宏伟，杨婷婷，郑泉水，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11