[發明專利]基于碳納米管和金屬銅復合電鍍的壓力傳感器及其制備

無效

• 申請號: 201110058075.1
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102175381A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 趙海濤;陳吉安;王全保;范振民
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01L9/00
• 分類號: G01L9/00;B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種壓力傳感器技術領域的裝置及方法，具體是一種基于碳納米管和金屬銅復合電鍍的壓力傳感器及其制備。

背景技術

壓力作為生產工作中的一個重要參數，需要實時準確地測量。對傳感器的要求包括測量范圍寬，不受環境的影響。利用壓阻效應、壓電效應均可制作出壓力傳感器，但同場發射技術制作的傳感器相比，在體積、重量、使用環境上還存在一定的差距。基于場發射技術制作的壓力傳感器，具有眾多優點，它集體積小、重量輕、靈敏度高、頻帶寬、耐腐蝕、結構緊湊等優點于一身，符合在室外惡劣環境工作的要求。

經過對現有技術的檢索發現，中國專利申請號03114812.3公開了一種《納米碳基薄膜場發射壓力傳感器》，該技術以碳納米管作為場發射源，通過檢測電流強度的變化來獲取外界壓力的大小。錢開友的博士論文《碳納米管陰極場發射壓力傳感器的研究》，同樣是利用碳納米管的場發射原理來制作壓力傳感器。以上兩種壓力傳感器均是采用化學氣相沉積方法將碳納米管生長在硅基體上。

但是該現有技術需要的溫度高，在碳納米管中的雜質多，影響場發射性能，碳納米管依靠催化劑的黏性附著在底電極上，牢固性得不到保證。目前，采用復合電鍍方法將碳納米管牢固鑲嵌在金屬銅中的壓力傳感器在國內外還未見報道。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于碳納米管和金屬銅復合電鍍的壓力傳感器及其制備，具有體積小、重量輕的優點，既可以在室溫下使用，還可以在高空或其它環境中使用。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于碳納米管和金屬銅復合電鍍的壓力傳感器，包括：陰極、固定設置于陰極頂部的陽極，以及位于陰極和陽極之間的真空腔，其中：

所述的陽極為由濕法刻蝕制成的包含真空窗和壓力窗兩個窗口的單晶硅片，其中：壓力窗的結構為3-5mm的正方形窗口，深度0.2mm，真空窗的結構為：11×11×0.6mm。

所述的陽極和陰極上分別設有引線，用于連接電源和電流表。

所述的陰極包括：由下而上依次設置的玻璃片、單晶硅片、鉻銅層以及碳納米管-銅復合層、碳納米管，其中：玻璃片與硅片采用鍵合工藝粘接，鉻銅層的厚度為500nm。

本發明涉及上述壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：

第一步、采用碳納米管復合電鍍工藝制備陰極，具體操作為：

1.1)取6×6mm、厚500μm的雙面拋光單晶硅片，單面涂光刻膠2μm；

1.2)光刻一個小窗口，作為以后的引線連接部分；

1.3)雙面濺射鉻和銅，先濺射100nm的鉻，再濺射400nm的銅；

1.4)雙面再涂光刻膠3μm；

1.5)光刻陣列窗口，每個陣列直徑為0.5mm，排列為5×5；

1.6)放置陰極在碳納米管和銅的復合溶液中電鍍30分鐘；

1.7)拋光、打磨平整碳納米管和銅的復合層，腐蝕掉一部分銅露出碳納米管；

1.8)用丙酮溶液去除光刻膠。

第二步、采用濕法刻蝕制備傳感器陽極，具體操作為：

2.1)取15×15mm、厚1000μm雙面拋光單晶硅片雙面氧化生長SiO₂，厚度2.5μm；

2.2)雙面涂光刻膠3μm；

2.3)光刻真空窗口和壓力窗口；

2.4)腐蝕SiO₂，為刻蝕壓力窗和真空窗做準備；

2.5)用丙酮溶液去除光刻膠；

2.6)濕法刻蝕壓力窗，并剩余一部分；

2.7)濕法刻蝕真空窗和壓力窗剩余的一部分；

2.8)腐蝕掉SiO₂；

2.9)雙面涂光刻膠2μm；

2.10)光刻小窗口，作為以后的引線連接部分；

2.11)濺射鉻和銅，濺射鉻和銅，先濺射100nm的鉻，再濺射400nm的銅；

2.12)用丙酮溶液去除光刻膠。

第三步、采用真空鍵合技術合成壓力傳感器，具體操作為：

3.1)先將陰極和玻璃片在真空環境下鍵合在一起；

3.2)再將陽極也在真空環境下鍵合在玻璃片上。

本發明的基本原理為：碳納米管的長細比大，化學穩定性和強度高，這些都特別適合場發射源。將碳納米管安置在陰極上，陰陽極間施加電壓后，碳納米管就會出現場發射特性。當陰陽極間的距離發生變化后，兩極間的電流也會發生變化，通過測量電流強度的變化從而獲得外界的壓力。

本發明的壓力傳感器的性能可通過如下方法分析。

1)壓力傳感器的校核