一种微纳湿度传感器制备方法技术

一种新型的微纳湿度传感器的制备方法Ａ．首先通过微加工技术在绝缘衬底上做出一层或多层平面金属微电极；Ｂ．而后将传感纳米材料放入一种电介质溶剂中，并通过超声使其扩散均匀制成含有纳米材料的悬浮液；取少量悬浮液滴入微电极中间，根据被操控材料和所选用溶剂的介电特性，确定在该系统中产生正介电泳现象所要施加操控信号的频率范围，选择一个适当的频率值。在电极两端施加一个同样频率的交流电信号，使位于其间的传感材料在正介电泳力作用下沿着电场线方向有序的排布在电极中间，形成纳米传感材料在微电极结构中的排布和跨接；Ｃ．以挥发等方式完全去除溶剂后，进行传感结构引线封装做成最终微纳湿度传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感器的制备方法，尤其是一种微纳湿度传感器的制 备方法，属于微纳传感制作

技术介绍
纳米材料被认为是性能超群的敏感材料，在采用纳米结构作为敏感元 件构造电学传感器时，通常需要将作为传感材料的纳米结构排布或跨接在 两电极之间，以便利用将其特性随测量对象的变化以电信号的形式传出。 所以有选择地将纳米材料安放到指定的位置，是纳传感器制备过程中首先 要解决的问题。目前已公开的技术资料中一般采用以下几种方法第一种方法是将含有传感材料的悬浮液涂布在做好电极的衬底上，然 后烘干，会有部分材料碰巧跨接在两个电极之间。但通过这种方法做上去 的材料分布和取向都很杂乱，而且涂布区域的选择性也差。第二种方法是从一个电极向另一个电极定向生长传感材料，尽管这个 过程是可控的，但这种方法也存在催化剂污染和差的选择性问题，另外所 能生长的纳米材料的种类也受到了限制。另外还有人通过仪器操控将目标材料放入预先设计的位置，这种方法需要很长的时间，昂贵的仪器和真空环境，而且对于纳米材料的操作难度 很大。所以没有很大的商业价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服微纳传感器制作中已有材料定位技术的不足， 提出新的技术操控纳米材料，来简单而有效地完成传感材料的跨接和排布 等定位问题。这种微纳湿度传感器的制备方法，其特征是A、 首先通过微加工技术在绝缘衬底上做出一层或多层平面金属电极；B、 而后将传感纳米材料放入一种电介质溶剂中，并通过超声使其扩散 均匀制成含有纳米材料的悬浮液；取少量悬浮液滴入微电极中间，根据被 操控材料和所选用溶剂的介电特性，确定在该系统中产生正介电泳现象所 要施加操控信号的频率范围，选择一个适当的频率值，在电极两端施加一 个同样频率的交流电信号，使位于其间的传感材料在正介电泳力作用下沿 着电场线方向有序的排布在电极中间，形成纳米传感材料在微电极结构中 的排布和跨接；C、 以挥发等方式完全去除溶剂后，进行传感结构引线封装做成最终微 纳湿度传感器。这种操控不受材料本身导电特性，材料形状等的限制，原则上适用于 所有的纳米结构材料；该材料可以是金属氧化物或者高分子聚合物。同时可任意选择一种电介质溶剂作为材料操控的载体，在实际应用中， 常采用去离子水、乙醇或丙酮作电介质溶剂。根据以上技术方案制成微纳湿度传感器，通过介电泳技术制作传感器 的方法具有以下的优点1、 这种操控不受材料本身导电特性，材料形状等的限制，原则上适用 于所有的纳米结构；原则上可以任意选择一种电介质溶剂作为材料操控的载体，在实际应用中，常采用去离子水、乙醇、丙酮等。2、 传感材料分布规律有序，定位区域选择性好；3、 生产设备和环境要求不高，生产成本较低。附图说明图1 4在1Vrms，频率分别为10KHz、 lKHz 、 120Hz、 100Hz条件下 阻抗随湿度变化的拟合直线示意图；图5为1Vrms， 10KHz条件下，相对湿度由低到高的方向，全程连续 3次重复测量阻抗随湿度变化的曲线示意图；图6为1Vrms， lKHz条件下阻抗随湿度变化的正反行程曲线示意图；表l图1-4中四个不同频率下的传感结构的灵敏度分析；表2图2中阻抗随湿度变化的重复性分析。具体实施方式以下结合附图进一步阐述本专利技术，并给出实施例。 这种微纳湿度传感器的制备方法如下-A、 首先通过微加工技术在绝缘衬底上做出一层或多层平面金属电极；B、 而后将传感纳米材料放入一种电介质溶剂中，并通过超声使其扩散均匀制成含有纳米材料的悬浮液；取少量悬浮液滴入微电极中间，根据被 操控材料和所选用溶剂的介电特性，确定在该系统中产生正介电泳现象所 要施加操控信号的频率范围，选择一个适当的频率值。在电极两端施加一 个同样频率的交流电信号，使位于其间的传感材料在正介电泳力作用下沿 着电场线方向有序的排布在电极中间，形成纳米传感材料在微电极结构中 的排布和跨接；C、以挥发等方式完全去除溶剂后，进行传感结构引线封装做成最终微 纳湿度传感器。这种操控不受材料本身导电特性，材料形状等的限制，原则上适用于 所有的纳米结构材料；该材料可以是金属氧化物或者高分子聚合物，材料 的几何形状是球形或棒形。同时，可任意选择一种电介质溶剂作为材料操控的载体，在实际应用 中，常采用去离子水、乙醇、丙酮。现在通过采用ZnO纳米结构作为传感材料进一步描述本专利技术通过介 电泳技术定位到平板叉指型电极结构之间，制作出一种纳米湿度传感器。首先采用微加工技术制作一个平板叉指型Ti/Au微电极。通过氧化在 硅片的表面生长一层二氧化硅绝缘层，在绝缘层上分别以蒸镀的方式先沉 积一层Ti再沉积一层Au，然后旋涂正(光刻)胶、前烘、光刻、显影、 后烘坚膜，再进行Au、 Ti的腐蚀，完成微电极制作。而后将待操控的纳米材料溶入去离子水中，然后将悬浮液放入超声池 超声20min。用移液器取少量悬浮液移入电极中间区。根据去离子水和ZnO 材料的介电特性，当操控交流信号的频率在lKHz-10KHz之间时，系统出现较明显的负介电泳现象，当频率在200KHz-2MHz之间时，系统出现较明显 的正介电泳现象。采用DDS任意波形发生器在电极的两端施加频率为lMHz、 幅度为8V的正弦交流信号，在电极之间对材料进行正介电泳操控，在室温 下直至溶剂完全挥发，这样Zn0纳米结构就被定位到平板叉指型电极之间 了。由于ZnO纳米结构对湿度具有很好的吸附和解吸附性能，是一种很好 的湿敏材料。所采用的ZnO纳米结构采用溶胶-凝胶法生长，所生长的纳 米棒直径在200nm，长度在10pm。在实际的制作中，这种操控不受材料本身导电特性，材料形状等的限 制，原则上适用于所有的纳米结构；原则上可以任意选择一种电介质溶剂 作为材料操控的载体，在实际应用中，常采用去离子水、乙醇或丙酮作电 介质溶剂。为了检验操控的效果，对所制作的传感结构进行相对湿度测试加以校 验。实验中所需要的标准湿度通过盐的饱和溶液法产生。在一个标准大气 压下，实验温度为25。C时，取CuS04, NaCl， CuCl2， NaBr, K2C03， MgCL等6种饱 和盐溶液，它们的相对湿度值分别为97. 6%, 75. 29%， 68%， 57. 57%， 43. 16%， 32. 78%，将传感结构两个接入端连接到LCR电桥阻抗测量仪进行交流阻抗 测量。1.灵敏度在lVrms、 lOKHz条件下，先按相对湿度递增的顺序，切换不同相对湿 度的样品环境，记录六个测量值。再按相对湿度递减的顺序测量，往返测量3次，取得6组测量值。分别取频率为lKHz、 120Hz、 100Hz,重复上面的 操作。将同一测量条件下对应于每个相对湿度值的多次测量值加以平均， 求出三个正反行程的实测平均值，并进行线性拟合，我们可以得到在四个 不同频率下,交流阻抗随相对湿度变化的拟合直线，如图1-4所示。表1图1中四个不同频率下的传感结构的灵敏度分析测试频 率拟合直线方程灵敏度相关度R卜10KHzY=2982,61838-28.5291 4x-28.52R=-0.99何KHzy= 10641.06644-120.864 74x-120.86R=-0.91—120Hzy= 12643.22544-144.569 75x-144.56R=-0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微纳湿度传感器的制备方法，其特征是：Ａ、首先通过微加工技术在绝缘衬底上做出一层或多层平面金属微电极；Ｂ、而后将传感纳米材料放入一种电介质溶剂中，并通过超声使其扩散均匀制成含有纳米材料的悬浮液；取少量悬浮液滴入微电极中间，根据被操控材料和所选用溶剂的介电特性，确定在该系统中产生正介电泳现象所要施加操控信号的频率范围，从中选择一个适当的频率值；在电极两端施加一个同样频率和一定幅值的交流电信号，使位于其间的传感材料在正介电泳力作用下沿着电场线方向有序的排布在电极中间，形成纳米传感材料在微电极结构中的排布和跨接；Ｃ、以挥发等方式完全去除溶剂后，进行传感结构引线封装做成最终微纳湿度传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，刘伟景，蒋珂玮，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]