一种电容式压力传感器及制备方法技术

本申请提出一种电容式压力传感器制备方法包括，制备经图形化的竖直碳纳米管阵列层作为电容式压力传感器的第一电极，其中在所述竖直碳纳米管阵列层中包括将竖直碳纳米管阵列彼此隔离开的一个或多个隔离区域；将所述经图形化的竖直碳纳米管阵列层转移到第一柔性衬底层上；在所述竖直碳纳米管阵列层远离所述第一柔性衬底的一侧上方设置第一隔离层；在所述第一隔离层上设置电介质层；在所述电介质层上设置第二隔离层；在所述第二隔离层上设置电容式压力传感器第二电极，其中所述第二电极包括设置在第二柔性衬底上的碳纳米管层

【技术实现步骤摘要】
一种电容式压力传感器及制备方法


[0001]本申请属于传感器
，尤其涉及一种电容式压力传感器及制备方法
。

技术介绍

[0002]碳纳米管，作为一种具有极大长径比的一维量子材料，兼具优异的导电
、
导热性，其结构与性能易通过制备工艺或化学修饰调控
。
与随机取向的碳纳米管网络相比，竖直排列的阵列状碳纳米管受其宏观排列形式的影响，还表现出诸如易于图形化，电化学活性强，易于化学修饰等特点，在柔性力学传感器
、
气体传感器
、
储能器件
、
生物医疗等领域有着广泛应用
。
[0003]碳纳米管在力学传感器的敏感材料或电极材料等相关应用中性能表现优异
。
与通过旋涂
、
喷涂导电填料等方法制造的基于二维导电网络
、
电阻型的碳纳米管传感器相比，以竖直碳纳米管阵列作为敏感材料的力学传感器可降低在工作时发生材料错位
、
弯曲的几率，在提高器件线性度和稳定性方面优势明显
。
此外，将力学传感器的传感材料图形化还是调整器件性能的一种有效方法
。
[0004]现有技术存在以下缺点：
[0005]常见的图形化敏感材料工艺方法存在加工尺寸不不够精细，工艺复杂，难以灵活调整设计等问题
。
例如：倒模法便于灵活定义模具图案形状
、
尺寸，但存在脱模时材料难以剥离的问题
。
激光烧蚀法存在图案边缘受损，受激光光斑尺寸影响无法精确控制图案尺寸的问题
。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题，本申请的第一方面提出了一种电容式压力传感器制备方法，包括制备经图形化的竖直碳纳米管阵列层作为电容式压力传感器的第一电极，其中在所述竖直碳纳米管阵列层中包括将竖直碳纳米管阵列彼此隔离开的一个或多个隔离区域；将所述经图形化的竖直碳纳米管阵列层转移到第一柔性衬底层上；在所述竖直碳纳米管阵列层远离所述第一柔性衬底的一侧上方设置第一隔离层；在所述第一隔离层上设置电介质层；在所述电介质层上设置第二隔离层；在所述第二隔离层上设置电容式压力传感器第二电极，其中所述第二电极包括设置在第二柔性衬底上的碳纳米管层
。
[0007]特别的，制备竖直碳纳米管阵列层包括：在硅衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上沉积催化剂层；对所述催化剂层进行图形化，并利用经图形化的催化剂层生长经图形化的竖直碳纳米管阵列层
。
[0008]特别的，将所述竖直碳纳米管阵列层转移到第一柔性衬底层上的操作包括把经图形化的竖直碳纳米管阵列层转移到未固化的第一柔性衬底层上并随后对所述第一柔性衬底层进行固化；将所述竖直碳纳米管阵列层与硅衬底剥离
。
[0009]特别的，在所述第一隔离层上设置电介质层包括：将碳纳米管粉末混入未固化的介质层材料，并随后进行固化形成所述电介质层
。
[0010]本申请还提供了一种基于电容式压力传感器，包括第一电极层，所述第一电极层包括第一柔性衬底以及位于其上的经图形化的竖直碳纳米管层，其中在所述竖直碳纳米管阵列层中包括将竖直碳纳米管阵列彼此隔离开的一个或多个隔离区域；位于所述第一电极层上的第一隔离层；位于所述第一隔离层上的电介质层；位于所述电介质层上的第二隔离层；位于所述第二隔离层上的第二电极层，其中所述第二电极层包括第二柔性衬底以及位于其上的碳纳米管层
。
[0011]特别的，所述电介质层包括碳纳米管粉末和
PDMS
混合物固化而成的薄膜
。
[0012]特别的，所述电介质层的厚度为
100
‑
130
μ
m。
[0013]特别的，所述经图形化竖直碳纳米管阵列层的厚度为
10
‑
50
μ
m。
[0014]特别的，所述第二电极层中也包括经图形化的竖直碳纳米管层，其中在所述竖直碳纳米管阵列层中包括将竖直碳纳米管阵列彼此隔离开的一个或多个隔离区域
。
[0015]采用本申请的方法，对柔性电容式传感器而言，本申请所提出的图形化竖直碳纳米管阵列的引入，能够显著提升柔性电容式传感器的检测灵敏度
。
由于敏感层图案易于通过碳纳米管形貌进行定制，进一步实现了柔性电容式传感器灵敏度的精确调控
。
附图说明
[0016]图1所示为根据本申请一个实施例的电容式压力传感器结构示意图；
[0017]图2所示为根据本申请一个实施例的图形化竖直碳纳米管阵列制备流程图；
[0018]图
3A
所示为根据本申请一个实施例的经图形化的竖直碳纳米管层的俯视图；
[0019]图
3B
所示为竖直碳纳米管材料层的侧剖立体
SEM
图；图4所示为根据本申请一个实施例的竖直碳纳米管电容式压力传感器制备方法流程图；
[0020]图5所示包括根据本申请一个实施例的电容式压力传感器性能测试图
。
[0021]201
‑
上聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
层；
202
‑
碳纳米管层；
203
‑
第一聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
隔离层；
204
‑
第二聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
隔离层；
205
‑
电介质层；
206
‑
图形化竖直碳纳米管阵列层；
207
‑
聚二甲基硅氧烷
(PDMS)
柔性衬底层
。
具体实施方式
[0022]本申请提出了一种电容式的压力传感器，其中电容极板可以包括竖直碳纳米管材料层
。
本申请还提供了该压力传感器的制备方法，可精细定制图形尺寸
、
形状，充分利用竖直碳纳米管阵列优异地机械性能，且设计能够按需灵活调节，本申请的基于竖直碳纳米管阵列电容式压力传感器对于传感器检测灵敏度有显著的提升
。
[0023]本申请提出了一种将具有包括竖直碳纳米管电极的电容式压力传感器结构
。
作为电极的竖直碳纳米管可以提升器件受压时的压缩变形能力，同时，由于竖直碳纳米管之间存在气隙，气隙所在位置可以被看作是空气作为电介质的电容结构，由于空气相对介电常数更低，随着压力的增大，变形增大，气隙逐渐变小甚至消失，这一过程将导致整体的介电常数增大，对器件灵敏度的提升有正向作用
。
[0024]进一步的，以图形化设计的碳纳米管阵列作为电极的电容式压力传感器灵敏度得到了明显提升，并且这种提升效果不受碳纳米管高度影响
。
[0025]以下结合附图对本申请的具体实施方式作出详细说明
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种电容式压力传感器制备方法，其特征在于，所述方法包括：制备经图形化的竖直碳纳米管阵列层作为电容式压力传感器的第一电极，其中在所述竖直碳纳米管阵列层中包括将竖直碳纳米管阵列彼此隔离开的一个或多个隔离区域；将所述经图形化的竖直碳纳米管阵列层转移到第一柔性衬底层上；在所述竖直碳纳米管阵列层远离所述第一柔性衬底的一侧上方设置第一隔离层；在所述第一隔离层上设置电介质层；在所述电介质层上设置第二隔离层；在所述第二隔离层上设置电容式压力传感器第二电极，其中所述第二电极包括设置在第二柔性衬底上的碳纳米管层
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，制备竖直碳纳米管阵列层包括：在硅衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上沉积催化剂层；对所述催化剂层进行图形化，并利用经图形化的催化剂层生长经图形化的竖直碳纳米管阵列层
。3.
如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述竖直碳纳米管阵列层转移到第一柔性衬底层上的操作包括：把经图形化的竖直碳纳米管阵列层转移到未固化的第一柔性衬底层上并随后对所述第一柔性衬底层进行固化；将所述竖直碳纳米管阵列层与硅衬底剥离
。4.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一隔离层上设置电介质层包括：将碳纳米管粉末混入未固化的介质层材料，并随后进行固化形成所述电介质层

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，张子璇，杨永胜，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：