基于单壁碳纳米管悬空结构的柔性传感器及其制作方法技术

本发明专利技术提供基于单壁碳纳米管悬空结构的柔性传感器及其制作方法，利用硅微加工技术，在柔性基底上设置电极对；然后通过交流耦合介电电泳的方法，使单壁碳纳米管在悬浮液中的电场力作用下定向沉积在柔性基底上的电极对间；接着配比饱和的Au电镀液，实施区域选择性电沉积Au技术，实现Au电极上的定域沉积Au压覆单壁碳纳米管。本发明专利技术实现了单根或单束单壁碳纳米管的一维定向排布，提高器件的灵敏性和稳定性，易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
基于单壁碳纳米管悬空结构的柔性传感器及其制作方法
本专利技术涉及传感器
，具体涉及基于单壁碳纳米管悬空结构的柔性传感器及其制作方法。
技术介绍
一维纳米材料与微结构结合的纳器件制造过程，实现了微纳加工工艺上的创新升级，有可能突破微米级器件的性能极限，并将为实现超微型化和高功能密度化的柔性器件铺平道路。单壁碳纳米管(Single-walledcarbonnanotubes,SWNTs)作为典型的一维纳米材料，由于其独特的结构而具有许多突出的物理及化学性质，在力学、电学、光学及材料学等方面有着潜在的应用，尤其是SWNTs优异的力电特性，使它有望成为高效能应变传感器件的理想备选材料。目前商用传感设备一般可分为光学传感器、压电传感器和压阻式应变传感器。其中,压阻式应变传感器由于其在技术应用方面的广泛与便利，而成为最重要的传感设备之一。现有技术中的基于单壁碳纳米管的柔性传感器，不易实现大规独立器件制作；柔性基底上的电极对距离在5微米以下，就很难实现在一个电极对上实现单壁碳纳米管的单根或单束的沉积；器件稳定性不高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了基于单壁碳纳米管悬空结构的柔性传感器及其制作方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现以上目的，本专利技术采用的技术方案是：单壁碳纳米管悬空结构，包括由多个平行电极对有序排列组成的电极对阵列、基底和单壁碳纳米管，所述电极对阵列一极为设在基底一侧的独立电极阵列，另一极为设在基底另一侧的非独立电极阵列，所述非独立电极阵列与信号源的输入端与连接，信号源的输出端悬空放置在独立电极阵列的顶部；所述独立电极阵列由若干个独立电极组成，所述非独立电极阵列由若干个相互之间电连接的非独立电极组成，所述单壁碳纳米管通过交流耦合介电电泳的方法被定向放置在独立电极和非独立电极间。优选的是：所述基底为柔性基底或硬基底。优选的是：所述电极对之间的间距小于5μm，所述独立电极与非独立电极之间间隔为5～10μm，所述独立电极与非独立电极均为微电极，所述微电极为金微电极或铂微电极。优选的是：信号源的输出端与独立电极阵列的距离为0.4～0.6mm。优选的是：所述基底表面铺设有分散液层。基于单壁碳纳米管悬空结构的柔性传感器，包括柔性基底、多个平行电极对有序排列组成的电极对阵列、单壁碳纳米管，所述电极对阵列一极为设在柔性基底一侧的独立电极阵列，另一极为设在柔性基底另一侧的非独立电极阵列，所述非独立电极阵列与信号源的输入端与连接，信号源的输出端悬空放置在独立电极阵列的顶部；所述独立电极阵列由若干个独立电极组成，所述非独立电极阵列由若干个相互之间电连接的非独立电极组成，所述单壁碳纳米管的两端分别与独立电极和非独立电极固定连接。优选的是：所述柔性基底为PI薄膜，柔性基底的厚度为10～30μm。柔性传感器的制作方法，包括以下步骤：S1：利用硅微加工方法，在柔性基底上设置排列有序的电极对阵列，电极对阵列一极为独立电极阵列，另一极为非独立电极阵列，其中独立阵列电极包括大量以阵列形式存在的独立电极，非独立电极阵列中所有电极均相互有电连接；S2：先将信号源的输出端悬空放置在独立电极阵列上方，信号源的输入端与非独立电极阵列相连，再将单壁碳纳米管分散剂滴加至设有电极对阵列的柔性基底中，然后打开信号源，通过交流耦合介电电泳，使得单壁碳纳米管定向悬空组装在电极对间；S3：配比饱和的Au电镀液，利用区域选择性电沉积，定域沉积Au压覆单壁碳纳米管，使单壁碳纳米管的两端分别与独立电极阵列和非独立电极阵列固定连接。优选的是：所述硅微加工方法包括甩胶、溅射、涂光刻胶、光刻胶曝光并显影、离子束刻蚀、反应离子刻蚀、去胶，所述溅射厚度为300nm～500nm。优选的是：所述交流耦合介电电泳的电泳时间4～7min。本专利技术实现了单根或单束单壁碳纳米管的一维定向排布，可提高器件的灵敏性和稳定性，易于工业化生产，节约生产成本；对基底的要求低，基底的预处理和后处理能较好结合；纳米尺度的材料具有尺度效应、界面效应和体积效应，此悬空结构器件工作时不易受基底的影响，最大限度避免以上效应的负面作用，另外该器件对某些力学、流场传感器易形成有效传感作用结构，增加灵敏度；易进行后处理，增加单壁碳纳米管器件应用的可拓展性。将柔性基底与硅微电子工艺相结合，实现了在柔性基底上制作出排列有序的电极对，电极对间距3～5μm，小间距易使单壁碳纳米管处于悬空状态，即使是硬基底也能使单壁碳纳米管脱离基底，减小基底对单壁碳纳米管的性能干扰；通过交流耦合介电电泳，实现电极对间单根单束单壁碳纳米管的定向排布，可减小单壁碳纳米管混乱搭接对相互之间的干扰，提高器件的稳定性，耦合作用使大量独立电极能同时进行介电电泳作用，可实现单壁碳纳米管传感器件的大规模制备；区域选择性电沉积Au技术和退火工艺可提高单壁碳纳米管与电极的稳定性和接触特性，缩小接触电阻近一个量级。附图说明构成本专利技术的一部分附图用来提供对本专利技术的进一步理解。在附图中：图1为单壁碳纳米管耦合介电电泳结构示意图。图2为本专利技术结构示意图。图中：1为基底，2为信号源的输入端，3为信号源的输出端，4为分散剂层，5为独立电极阵列，6为非独立电极阵列，7为单壁碳纳米管，8为PI薄膜，9为RIEPI，10为IBEAu，11为DepositedAu。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：如图1所示，单壁碳纳米管悬空结构，包括由多个电极对有序排列组成的电极对阵列、基底1、单壁碳纳米管7、信号源的输入端2和信号源的输出端3，电极对阵列一极为设在基底1一侧的独立电极阵列5，独立电极阵列5是没有电连接的，可实现大规模独立器件的制作，另一极为设在基底1另一侧的非独立电极阵列6，在传感器实现过程中，非独立电极阵列6与信号源的输入端2与连接，信号源的输出端2悬空放置在独立电极阵列5的顶部；独立电极阵列5由若干个独立电极组成，非独立电极阵列6由若干个相互之间电连接的非独立电极组成，单壁碳纳米管通过交流耦合介电电泳的方法被定向放置在独立电极和非独立电极间。进一步的是：基底1为柔性基底或硬基底；电极对之间的间距小于5μm，小间距易使单壁碳纳米管7处于悬空状态，即使是硬基底也能使单壁碳纳米管7脱离基底，减小基底对单壁碳纳米管7的性能干扰；电极对由两个一一对应的微电极组成，电极宽度约为3μm，长度约为15μm，微电极为金微电极或铂微电极，电极之间间隔5～10μm，信号源的输出端3与独立电极阵列5的距离为0.4～0.6mm，基底上表面铺设有分散液层4。实施例2：基于单壁碳纳米管悬空结构的柔性传感器，包括柔性基底、多个电极对有序排列组成的电极对阵列和单壁碳纳米管7，电极对阵列一极为设在柔性基底一侧的独立电极阵列，另一极为设在柔性基底另一侧的非独立电极阵列6，非独立电极阵列6与信号源的输入端2与连接，信号源的输出端3悬空放置在独立电极阵列5的顶部；独立电极阵列5由若干个独立电极组成，非独立电极阵列6由若干个相互之间电连接的电极组成，单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.单壁碳纳米管悬空结构，其特征在于，包括由多个平行电极对有序排列组成的电极对阵列、基底(1)和单壁碳纳米管(7)，所述电极对阵列一极为设在基底(1)一侧的独立电极阵列(5)，另一极为设在基底(1)另一侧的非独立电极阵列(6)，所述非独立电极阵列(6)与信号源的输入端(2)与连接，信号源的输出端(3)悬空放置在独立电极阵列(5)的顶部；所述独立电极阵列(5)由若干个独立电极组成，所述非独立电极阵列(6)由若干个相互之间电连接的非独立电极组成，所述单壁碳纳米管(7)定向悬空放置在独立电极和非独立电极间。

【技术特征摘要】
1.单壁碳纳米管悬空结构，其特征在于，包括由多个平行电极对有序排列组成的电极对阵列、基底(1)和单壁碳纳米管(7)，所述电极对阵列一极为设在基底(1)一侧的独立电极阵列(5)，另一极为设在基底(1)另一侧的非独立电极阵列(6)，所述非独立电极阵列(6)与信号源的输入端(2)与连接，信号源的输出端(3)悬空放置在独立电极阵列(5)的顶部；所述独立电极阵列(5)由若干个独立电极组成，所述非独立电极阵列(6)由若干个相互之间电连接的非独立电极组成，所述单壁碳纳米管(7)定向悬空放置在独立电极和非独立电极间。2.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管悬空结构，其特征在于，所述基底(1)为柔性基底或硬基底。3.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管悬空结构，其特征在于，所述电极对之间的间距小于5μm，所述独立电极与非独立电极之间间隔为5～10μm，所述独立电极与非独立电极均为微电极，所述微电极为金微电极或铂微电极。4.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管悬空结构，其特征在于，信号源的输出端(3)与独立电极阵列(5)的距离为0.4～0.6mm。5.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管悬空结构，其特征在于，所述基底(1)表面铺设有分散液层。6.基于权利要求1所述的柔性传感器，其特征在于，包括柔性基底、多个平行电极对有序排列组成的电极对阵列、单壁碳纳米管(7)，所述电极对阵列一极为设在柔性基底一侧的独立电极阵列，另一极为设在柔性基底另一侧的非独立电极阵列(6)，所述非独立电极阵列(6)与信号源的输入端(2)与连接，信号源的输出端(3)悬空放置在独立电极阵列(...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑富中，吴晨光，杨兴，周兆英，吴英，蒲杰，张杰，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川,51