一种纸基MEMS新型超疏水振动传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纸基MEMS新型超疏水振动传感器及其制备方法，传感器包括：纸基框，设置有通孔；纸基块，位于所述通孔内；4个纸基梁，两端分别连接所述纸基块和所述纸基框，在4个纸基梁上分别设置4个微米级V型槽，且4个微米级V型槽内分别设置4个导电层，由于2个微米级V型槽的开口朝向纸基梁的一侧，另外2个微米级V型槽的开口朝向纸基梁的另一侧。当纸基块受到力移动时，纸基梁弯曲，则2个微米级V型槽的开口张得更开，对应的导电层的电阻增大，另外2个微米级V型槽的开口趋近于闭合，对应的导电层的电阻减小。采用纸作为基底材料并形成导电层，制备步骤简单，且成本较低。且成本较低。且成本较低。

【技术实现步骤摘要】
一种纸基MEMS新型超疏水振动传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感
，尤其涉及的是一种纸基MEMS新型超疏水振动传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]振动传感器广泛应用于各种制造工业领域中，绝大部分的制造设备都存在旋转结构件，这些结构件在运行过程中势必会产生振动信号。因此，振动传感器是判定设备在使用过程中能否实现健康运行的核心传感器件之一。但目前应用在振动监测领域的硅微传感器，因其制造工艺要求严苛，成本高昂，研发难度高，周期长，因此大部分现役振动传感器都是依赖进口。在这些目前国际上成熟的振动传感器中，电阻式硅微振动传感器因其结构较为简单、成本相对较低的特点而被大量使用。电阻式硅微振动传感器的工作原理是：质量块随振动激励的施加而发生振荡响应，在连接质量块的梁结构上出现明显的应力，分布在梁结构上的压敏电阻随应力的变化而呈现出电阻变化，相邻电阻变化方向相反，对角电阻变化大小与方向均相同，共同组成惠斯通电桥输出差分电压信号，从而实现对振动激励信号的测量。
[0003]现有技术中，电阻式硅微振动传感器的压敏电阻是由N/P型离子掺杂，改变半导体的压阻系数来实现的，要保持压敏电阻的均一和目标阻值，工艺难度大且成本高。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种纸基MEMS新型超疏水振动传感器及其制备方法，旨在解决现有技术中现有电阻式硅微振动传感器的工艺难度大且成本高的问题。/>[0006]本专利技术解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0007]一种纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其中，包括：
[0008]纸基框，设置有通孔；
[0009]纸基块，位于所述通孔内；
[0010]4个纸基梁，两端分别连接所述纸基块和所述纸基框；
[0011]其中，4个所述纸基梁中第一纸基梁上设置有第一微米级V型槽，第二纸基梁上设置有第二微米级V型槽，第三纸基梁上设置有第三微米级V型槽，第四纸基梁上设置有第四微米级V型槽；所述第一微米级V型槽的开口和所述第三微米级V型槽的开口均朝向所述纸基梁的一侧，所述第二微米级V型槽的开口和所述第四微米级V型槽的开口均朝向所述纸基梁的另一侧；
[0012]所述第一微米级V型槽内设置有第一导电层，所述第二微米级V型槽内设置有第二导电层，所述第三微米级V型槽内设置有第三导电层，所述第四微米级V型槽内设置有第四导电层；
[0013]所述第一导电层的第一端、所述第二导电层的第一端均与电源的第一电极电连接；
[0014]所述第一导电层的第二端与所述第四导电层的第一端电连接；
[0015]所述第二导电层的第二端与所述第三导电层的第一端电连接；
[0016]所述第三导电层的第二端、所述第四导电层的第二端均与所述电源的第二电极电连接。
[0017]所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其中，所述第一导电层的电阻、所述第二导电层的电阻、所述第三导电层的电阻以及所述第四导电层的电阻均相等；
[0018]所述第一导电层的第二端与所述第二导电层的第二端之间的电压为：
[0019][0020]其中，U
O
表示第一导电层的第二端与第二导电层的第二端之间的电压，U
i
表示电源的电压，m表示第一导电层的电阻的变化百分比，n表示第二导电层的电阻的变化百分比。
[0021]所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其中，所述第一导电层的电阻的变化百分比为：
[0022][0023]其中，R1表示第一导电层的电阻，ΔR1表示第一导电层的电阻变化量；所述第二导电层的电阻的变化百分比为：
[0024][0025]其中，R2表示第一导电层的电阻，ΔR2表示第一导电层的电阻变化量。
[0026]所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其中，
[0027]所述第一导电层、所述第二导电层、所述第三导电层以及所述第四导电层上均形成岛桥微结构，所述岛桥微结构中的桥包括：
[0028]第一桥体和第二桥体，所述第一桥体和所述第二桥体分别位于对应的微米级V型槽两侧的内壁上。
[0029]所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其中，
[0030]所述第一导电层、所述第二导电层、所述第三导电层以及所述第四导电层上均包括：
[0031]相互连接的第一导电部和第二导电部；所述第一导电部和所述第二导电部分别位于对应的微米级V型槽的两侧的内壁上；
[0032]所述第一导电部和所述第二导电部之间在对应微米级V型槽的开口处具有间隙，所述间隙的宽度为微米级。
[0033]所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其中，
[0034]所述纸基框选自印刷用纸、包装用纸、办公用纸和文化用纸中的一种；
[0035]所述纸基块选自印刷用纸、包装用纸、办公用纸和文化用纸中的一种；
[0036]所述纸基梁选自印刷用纸、包装用纸、办公用纸和文化用纸中的一种。
[0037]所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其中，所述纸基MEMS新型超疏水振动传
感器还包括：
[0038]第一绝缘层和第二绝缘层；
[0039]其中，所述第一绝缘层铺满所述纸基框、所述纸基块以及所述纸基梁上除所述第一导电层和所述第三导电层之外的区域；
[0040]所述第二绝缘层铺满所述纸基框、所述纸基块以及所述纸基梁上除所述第二导电层和所述第四导电层之外的区域；
[0041]所述第一导电层、所述第二导电层、所述第三导电层以及所述第四导电层上均包括：导电功能材料、疏水性颗粒材料以及粘弹性材料；
[0042]所述第一绝缘层以及所述第二绝缘层均包括：疏水性颗粒材料以及粘弹性材料。
[0043]所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其中，
[0044]所述导电功能材料包括：金属纳米材料、碳系纳米材料、金属碳/氮化物材料中的至少一种；
[0045]所述疏水性颗粒材料包括：疏水性SiO2颗粒、疏水性ZnO颗粒中的至少一种；
[0046]所述粘弹性材料包括：橡胶、热塑/固性弹性体、环氧树脂、高分子有机硅化合物、水凝胶中的至少一种。
[0047]一种如上任意一项纸基MEMS新型超疏水振动传感器的制备方法，其中，包括步骤：
[0048]提供相互连接的纸基框、纸基块以及纸基梁，并提供导电原材料和绝缘原材料；
[0049]在第一纸基梁上形成第一微米级V型槽，在第二纸基梁上形成第二微米级V型槽，在第三纸基梁上形成第三微米级V型槽，在第四纸基梁上形成第四微米级V型槽；
[0050]采用喷涂所述导电原材料的方式，在所述第一微米级V型槽内形成第一导电层，在所述第二微米级V型槽内形成第二导电层，在所述第三微米级V型槽内形成第三导电层，在所述第四微米级V型槽内形成第四导电层；
[005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其特征在于，包括：纸基框，设置有通孔；纸基块，位于所述通孔内；4个纸基梁，两端分别连接所述纸基块和所述纸基框；其中，4个所述纸基梁中第一纸基梁上设置有第一微米级V型槽，第二纸基梁上设置有第二微米级V型槽，第三纸基梁上设置有第三微米级V型槽，第四纸基梁上设置有第四微米级V型槽；所述第一微米级V型槽的开口和所述第三微米级V型槽的开口均朝向所述纸基梁的一侧，所述第二微米级V型槽的开口和所述第四微米级V型槽的开口均朝向所述纸基梁的另一侧；所述第一微米级V型槽内设置有第一导电层，所述第二微米级V型槽内设置有第二导电层，所述第三微米级V型槽内设置有第三导电层，所述第四微米级V型槽内设置有第四导电层；所述第一导电层的第一端、所述第二导电层的第一端均与电源的第一电极电连接；所述第一导电层的第二端与所述第四导电层的第一端电连接；所述第二导电层的第二端与所述第三导电层的第一端电连接；所述第三导电层的第二端、所述第四导电层的第二端均与所述电源的第二电极电连接。2.根据权利要求1所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其特征在于，所述第一导电层的电阻、所述第二导电层的电阻、所述第三导电层的电阻以及所述第四导电层的电阻均相等；所述第一导电层的第二端与所述第二导电层的第二端之间的电压为：其中，U
O
表示第一导电层的第二端与第二导电层的第二端之间的电压，U
i
表示电源的电压，m表示第一导电层的电阻的变化百分比，n表示第二导电层的电阻的变化百分比。3.根据权利要求2所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其特征在于，所述第一导电层的电阻的变化百分比为：其中，R1表示第一导电层的电阻，ΔR1表示第一导电层的电阻变化量；所述第二导电层的电阻的变化百分比为：其中，R2表示第一导电层的电阻，ΔR2表示第一导电层的电阻变化量。4.根据权利要求1所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其特征在于，所述第一导电层、所述第二导电层、所述第三导电层以及所述第四导电层上均形成岛桥微结构，所述岛桥微结构中的桥包括：第一桥体和第二桥体，所述第一桥体和所述第二桥体分别位于对应的微米级V型槽两侧的内壁上。
5.根据权利要求4所述的纸基MEMS新型超疏水振动传感器，其特征在于，所述第一导电层、所述第二导电层、所述第三导电层以及所述第四导电层上均包括：相互连接的第一导电部和第二导电部；所述第一导电部和所述第二导电部分别位于对应的微米级V型槽的两侧的内壁上；所述第一导电部和所述第二导电部之间在对应微米...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢知来，刘林鹏，宋佳楠，陈思雨，王青山，夏建芳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：