复合薄膜声音传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合薄膜声音传感器及其制备方法和应用，本发明专利技术提供的声音传感器，包括：柔性衬底；导电敏感层，用于感知外界声音信号，通过与所述声音信号产生共振改变所述导电敏感层的电阻和导电状态，形成电信号；电极，用于给所述导电敏感层通电，并传输所述电信号；其中，所述导电敏感层通过导电膜以及二硫化钼膜形成周期性交叠多层结构。采用添加具有二维层状结构的柔性敏感表层，使传感器可与不同的声音产生共振，从而感知外界声音信号，表现为自身电学性能的变化，进而应用于振动检测和声音检测，能够应用于声控电子系统等小型电子器件，解决了传统声学设备不适用于便携的传感器设备的问题。感器设备的问题。感器设备的问题。

【技术实现步骤摘要】
复合薄膜声音传感器及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光计算
，具体涉及一种复合薄膜声音传感器及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几十年来，柔性、可拉伸传感器受到了广泛的关注，在持续监测健康状态和检测身体运动方面显示出巨大的潜力。柔性传感器具有可移植性、生物相容性和可折叠性等特点，在未来的各种应用中具有重要意义。如柔性电子鼓膜、健康监测、机器学习、生物特征识别、智能人机交互等。因此，柔性和可拉伸的电子设备有望成为下一代电子设备中的主流，它可以匹配任何柔软和弯曲的状态。随着科技的发展，人工智能有望在可预见的智能时代发挥更大的作用，并给我们的日常生活提供便利，带来智能化的应用，帮助我们从传统的触摸式电子系统向声控电子系统进行转变。因此声音识别在智能化发展的未来是十分重要的。目前，传统声学器件的常见材料主要是半导体材料和金属材料。然而，这些材料体积庞大且坚硬，使得传统的声学设备不适用于便携的传感器设备。因此，寻找可替代的纳米材料来开发柔韧、耐磨、高能量转换效率的声学器件是当务之急。
[0003]根据传感器的工作原理，主要将柔性传感器分为三种压阻式、压电式和电容式，其中压阻式的传感器应用最为广泛，这主要是因为相比于压电式和电容式，压阻式传感器具有传感原理简单、信噪比高、传感性能稳定和制作简单等优点。
[0004]综上所述，柔性压阻声学传感器面临的问题主要有三方面：一方面是材料问题，传统的材料体积庞大且坚硬，不适用于便携的传感器设备。因此，需要寻找可替代的纳米材料来开发柔韧、耐磨、高能量转换效率的声学器；另一个是性能方面的提升，让传感器拥有更高的灵敏度、分辨率、响应速度和良好的稳定性；最后一个是研制的工艺和成本问题，目前柔性传感器主要采用高度复杂、高消耗的工艺，如磁控溅射、硅刻蚀和金属薄膜沉积等。这些方法都需要昂贵的实验仪器和设备以及苛刻的实验条件，因此不适合大规模生产和制备，因此限制了其进一步的应用。因此，需要寻找一种制作工艺简单、灵敏度高、结构简单的柔性声学传感器是当务之急。

技术实现思路

[0005]基于此，本专利技术提出了一种结构简单、灵敏度高、分辨率高、体积小的复合薄膜声音传感器及其制备方法和应用。
[0006]根据本专利技术的一个方面，提供了一种复合薄膜声音传感器，包括：
[0007]柔性衬底；
[0008]导电敏感层，用于感知外界声音信号，通过与上述声音信号产生共振改变上述导电敏感层的电阻和导电状态，形成电信号；
[0009]电极，用于给上述导电敏感层通电，并传输上述电信号；
[0010]其中，上述导电敏感层通过导电膜以及二硫化钼膜形成周期性交叠多层结构。
[0011]根据本专利技术的实施例，上述电极为导电金属。
[0012]根据本专利技术的实施例，形成上述导电膜的材料包括二维过渡金属碳化物、碳纳米管或黑磷。
[0013]根据本专利技术的实施例，上述柔性衬底采用丁晴橡胶制备得到。
[0014]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制备上述声音传感器的方法，包括：
[0015]将柔性衬底进行超声清洗，烘干；
[0016]将烘干后的上述柔性衬底固定在加热台上加热；
[0017]在上述柔性衬底上交替重复喷涂导电膜溶液和二硫化钼溶液，使上述衬底上形成由交叠的导电膜和二硫化钼膜形成的上述导电敏感层；
[0018]将金沉积在上述导电敏感层两侧，作为电极并且焊接导线，得到上述声音传感器。
[0019]根据本专利技术的实施例，其中，上述导电膜溶液包括金属碳化钛溶液，上述金属碳化钛溶液的制备过程包括：
[0020]采用氢氟酸蚀刻金属碳化钛粉末形成具有多层结构的干燥碳化钛；
[0021]采用二甲基亚砜对上述干燥碳化钛嵌入剥离，得到碳化钛薄片。
[0022]将上述碳化钛薄片加入蒸馏水，得到含有碳化钛薄片的上述金属碳化钛溶液。
[0023]根据本专利技术的实施例，还包括：
[0024]在交替重复喷涂导电膜溶液和二硫化钼溶液的过程中，对每层上述金属碳化钛膜或上述二硫化钼膜进行烘干。
[0025]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种利用上述声音传感器在实时声探测中的应用。
[0026]根据本专利技术的实施例，上述声音传感器设置于管状装置内，上述声音传感器连接有供电装置和示波器，上述管状装置内还包括发声装置。
[0027]根据本专利技术的实施例，上述声音传感器设置于管状装置远离上述发声装置一侧的孔洞上。
[0028]从上述技术方案可以看出，本专利技术提供的复合薄膜声音传感器及其制备方法和应用具有以下有益效果：
[0029]1、本专利技术采用添加具有二维层状结构的柔性敏感表层，使传感器可与不同的声音产生共振，从而感知外界声音信号，表现为自身电学性能的变化，进而应用于振动检测和声音检测，本专利技术提供的传感器具有结构简单、灵敏度高、分辨率高体积小的特点，能够应用于声控电子系统等小型电子器件，解决了传统声学设备不适用于便携的传感器设备的问题。
[0030]2、通过添加具有二维层状结构的柔性敏感表层当与声音或振动信号接触时，由于受到气流的作用从而产生形变，使电阻发生变化，因此所述的声音传感器的电学性能主要取决于导电敏感层内的周期性交叠多层薄膜，随着气流发生振动，从而使得导电性增加或减少，从而电阻随着其增高或降低。
附图说明
[0031]图1为本专利技术所述的复合薄膜声音传感器的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术所述的复合薄膜声音传感器制备方法的流程示意图；
[0033]图3为本专利技术所述的复合薄膜声音传感器的测试系统的示意图；
[0034]图4为本发名所述的复合薄膜声音传感器的原理示意图；
[0035]图5为本专利技术制备的周期性交叠多层结构的柔性导电敏感层的SEM图；
[0036]图6为本专利技术所述的复合薄膜声音传感器的时间分辨率测试结果示意图；
[0037]图7为本专利技术所述的复合薄膜声音传感器的分辨频率的测试结果示意图。
具体实施方式
[0038]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0039]图1为本专利技术所述的复合薄膜声音传感器的结构示意图。
[0040]如图1所示，根据本专利技术的一个方面，提供了一种复合薄膜声音传感器，包括柔性衬底11，导电敏感层12和电极13。
[0041]根据本专利技术的实施例，导电敏感层12，用于感知外界声音信号，通过与声音信号产生共振改变导电敏感层的电阻和导电状态，形成电信号。
[0042]根据本专利技术的实施例，电极13，用于给导电敏感层通电，并传输电信号。
[0043]其中，导电敏感层通过导电膜以及二硫化钼膜形成周期性交叠多层结构。
[0044]复合薄膜声音传感器当与声音或振动信号接触时，由于受到气流的作用从而产生形变，使电阻发生变化，因此所述的声音传感器的电学性能主要取本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合薄膜声音传感器，包括：柔性衬底；导电敏感层，用于感知外界声音信号，通过与所述声音信号产生共振改变所述导电敏感层的电阻和导电状态，形成电信号；电极，用于给所述导电敏感层通电，并传输所述电信号；其中，所述导电敏感层通过导电膜以及二硫化钼膜形成周期性交叠多层结构。2.根据权利要求1所述的声音传感器，所述电极为导电金属。3.根据权利要求1所述的声音传感器，形成所述导电膜的材料包括二维过渡金属碳化物、碳纳米管或黑磷。4.根据权利要求1所述的声音传感器，所述柔性衬底采用丁晴橡胶制备得到。5.一种制备权利要求1
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4任一所述的声音传感器的方法，包括：将柔性衬底进行超声清洗，烘干；将烘干后的所述柔性衬底固定在加热台上加热；在所述柔性衬底上交替重复喷涂导电膜溶液和二硫化钼溶液，使所述衬底上形成由交叠的导电膜和二硫化钼膜形成的所述导电敏感层；将金沉积在所述导电敏感层两侧，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽丽，陈靖雯，沈国震，陈娣，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：