【技术实现步骤摘要】
本专利技术所涉及传感器，尤其涉及一种红外传感器及其制备方法。
技术介绍
1、红外探测及传感技术在军事及民用领域具有重要的作用，如夜视、人脸识别、智能分选、血氧检测、医学成像、天气预报、分子化学等。现已成熟的红外传感技术包括量子型和热型两大类。量子型器件利用红外光子与半导体传感材料的光电作用所产生的光电压或光电流来实现红外信号的检测，具有快速响应、高敏感度和高信噪比等优点。但是量子型传感系统所用材料一般为带隙能量较低的半导体材料，电子激发很容易受到热扰动影响，这导致了量子型器件在常温下热噪声过高，必须依赖于额外的冷却系统使其在低温下工作，因而大大增加了系统的重量和成本。不同于量子型器件，热型红外传感系统的工作机制是基于光热材料受到红外辐射时，由光热效应引起温度变化，并由此产生相应的物理性质变化，来实现在室温下对红外辐射的检测。但是，现有红外探测技术依赖于各种刚性半导体材料，性脆不耐弯折、加工工艺灵活性差。此外，所使用原材料的价格较高，加之苛刻和繁杂的加工和封装工艺，其成本仍然过高。
2、基于光热材料的光热效应通过固体材料光热膨胀机制实现红外检测，是开发低成本红外传感技术的思路之一。yao等人提出基于聚多巴胺光热纳米复合材料为光热转换/光机械制动元件，以超高敏感度的压阻传感单元感知聚多巴胺光热纳米复合材料在808nm波长的红外光下所发生的机械形变，由此实现了以电阻读取的红外传感器的制备(materials&design 230(2023)111968)。但是所制得红外传感器对808nm波长处的红外传感的响应度为-
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种红外传感器及其制备方法与应用，尤其涉及一种广谱检测的柔性红外传感器及其制备方法与应用。首先，本专利技术利用碳纳米光热复合材料作为纳米光热源填充到封装体内，采用弹性衬底对所得复合材料的封装体进行封装，得到光机械制动元件。其次，本专利技术利用等离子体处理和硅烷偶联界面修饰对光机械制动元件与传感元件进行界面处理，以提升二者之间的粘接强度和光热形变的应力传输效果。上述工艺设计可以使得光机械制动元件在光热制动过程中所产生的微小形变信号有效传递至传感元件；可显著提高传感器的响应度，由此实现采用商用压阻传感元件即对信号进行检测，大大降低了系统集成的难度。此外，本专利技术采用具有广谱吸收能力的碳纳米光热源赋予了传感器广谱检测的能力。最后，本专利技术采用弹性衬底封装和界面粘接的处理的方式，使得制备的红外传感器具有独立柔性支撑结构。
2、本专利技术红外传感器的作用方式为：红外光从下照射，穿过硬封装体并入射碳纳米光热复合材料上，引起碳纳米光热复合材料光热膨胀，引发压阻传感元件的机械变形和电阻变化，实现对红外信号的检测。
3、本专利技术通过以下技术方案实现：
4、本专利技术第一个目的是提供一种红外传感器，所述红外传感器包括：
5、弹性衬底(1)；
6、封装体(2)，包括连接区(21)和接触区(22)，所述连接区(21)伸入所述弹性衬底(1)内，避免从弹性衬底中脱落；所述接触区(22)内设有腔体，且所述腔体的上方开设缺口；所述腔体内填充碳纳米光热复合材料；所述接触区(22)可以使得红外光穿过并入射到封装体内光热复合材料上。
7、传感元件(3)，覆盖于所述弹性衬底(1)和所述封装体(2)的表面；
8、所述弹性衬底和所述封装体与所述传感元件经界面处理后键合连接；所述封装体的缺口位于传感元件的中心。
9、在本专利技术的一个实施例中，所述弹性衬底选自天然橡胶、合成橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶和氟橡胶中的一种或多种。
10、在本专利技术的一个实施例中，所述封装体满足以下条件：
11、1)所述封装体选自红外透明的晶体、玻璃和聚合物中的一种或多种；优选为聚合物；所述聚合物选自聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和聚四氯乙烯中的一种或多种；所述封装体的模量＞3gpa，红外透光率＞90％的材质；
12、2)所述封装体的形状为圆柱形或球形，所述封装体的腔体体积＜2mm2；
13、3)所述封装体的缺口面积与所述封装体的腔体面积比≤1/6；优选地，所述封装体的缺口面积与封装体的腔体面积比≤1/60，以将光热产生的热膨胀集中作用于缺口处。
14、在本专利技术的一个实施例中，所述碳纳米光热复合材料通过以下方法制备得到：
15、先将碳纳米材料分散在有机溶剂中，再加入高分子，得到碳纳米光热复合材料；所述碳纳米材料与所述高分子的掺杂比例为0.05wt％-5wt％；
16、所述碳纳米材料选自碳纳米管、石墨烯和石墨纳米片中的一种或多种；所述高分子选自聚乙烯、聚丙烯、高温硅橡胶、聚酰亚胺和聚苯硫醚中的一种或多种。所述高分子的热膨胀系数＞50ppm/℃，模量＜10mpa。
17、在本专利技术的一个实施例中，所述分散采用碾磨、超声、搅拌或匀浆等方式；
18、在本专利技术的一个实施例中，所述传感元件选自具有压阻性能的硅薄膜、碳薄膜和碳化硅薄膜中的一种或多种；所述传感元件的压阻敏感系数＞200；
19、在本专利技术的一个实施例中，所述界面处理为先等离子处理，再硅烷偶联处理。
20、在本专利技术的一个实施例中，所述等离子处理的条件为：以氧气作为气氛，气体的流量为0.2l/min-2l/min，所述等离子处理时间为1min-20min。
21、在本专利技术的一个实施例中，所述硅烷偶联处理的方法为：将所述弹性衬底与传感元件浸泡于具有键合能力的硅烷偶联剂中。具体为将所述弹性衬底与传感元件分别浸泡于具有键合能力的两种硅烷偶联剂中，所述两种硅烷偶联剂之间可以键合反应；所述硅烷偶联剂的质量浓度为0.1％-1％；所述浸泡的时间为0.5h-12h。
22、在本专利技术的一个实施例中，所述键合的条件为：在5mpa-20 mpa的压力下，25℃-100℃键合1h-24h。
23、本专利技术第二个目的是提供一种红外传感器的制备方法，包括以下步骤：
24、将碳纳米光热复合材料填充到封装体内，得到填充有复合材料的封装体；
25、使用弹性衬底对所得复合材料的封装体进行封装，得到光机械制动元件；
26、将所得光机械制动元件与传感元件进行界面处理，键合，得到所述红外传感器。
27、本专利技术中经过界面粘接优化处理后的光机械制动元件在光热制动过程中所产生的微小形变信号能够有效传递至传感元件，从而能够得到高响应度的红外传感器。而未界面处理的红外感知单元中，传感元件与光机械制动元件之间为物理接触形式，限制了二者间的应力传输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种红外传感器，其特征在于，所述红外传感器包括：
2.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述弹性衬底选自天然橡胶、合成橡胶、硅橡胶、丁苯橡和氟橡胶中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述封装体满足以下条件：
4.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述碳纳米光热复合材料通过以下方法制备得到：
5.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述传感元件选自具有压阻性能的硅薄膜、碳薄膜和碳化硅薄膜中的一种或多种；所述传感元件的压阻敏感系数＞200。
6.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述界面处理为先等离子处理，再硅烷偶联处理。
7.根据权利要求6所述的红外传感器，其特征在于，所述等离子处理的条件为：以氧气作为气氛，气体的流量为0.2L/min-2L/min；所述等离子处理时间为0.5min-20min。
8.根据权利要求6所述的红外传感器，其特征在于，所述硅烷偶联处理的方法为：将所述弹性衬底与所述传感元件分别浸泡于相互之间具有键合能力
9.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述键合的条件为：在5MPa-20 MPa的压力下，25℃-100℃键合1h-24h。
10.一种红外传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种红外传感器，其特征在于，所述红外传感器包括：
2.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述弹性衬底选自天然橡胶、合成橡胶、硅橡胶、丁苯橡和氟橡胶中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述封装体满足以下条件：
4.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述碳纳米光热复合材料通过以下方法制备得到：
5.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述传感元件选自具有压阻性能的硅薄膜、碳薄膜和碳化硅薄膜中的一种或多种；所述传感元件的压阻敏感系数＞200。
6.根据权利要求1所述的红外传感器，其特征在于，所述界面处理为先等离子处理，再硅烷偶联处理...
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