[發明專利]一種網絡狀納米ZnO材料應變傳感器的構建方法

有效

• 申請號: 201110207486.2
• 申請日: 2011-07-22
• 公開（公告）號: CN102320556A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 張躍;李萍;廖慶亮;張錚
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術領域

本發明涉及納米材料制備和半導體器件制造技術領域，尤其涉及一種基于網絡狀納米ZnO材料應變傳感器的構建方法。

背景技術

傳感器在科學研究和工業技術上有很多重要的應用，如光/電信號檢測、流速檢測、振動監測和電磁波信號接收等。半導體材料以其特殊的電學、力學和光學特性被大量的應用于各類傳感器的構建(Highly?sensitive?room?temperature?sensors?based?on?the?UV-LED?activation?of?zinc?oxide?nanoparticles，《Sensors?and?Actuator?B：Chemical》，Vol?134，Issue?2，945-952；Nanoplate?field-effect?capacitive(bio)chemical?sensor?array?based?on?SOI?structure，《Procedia?Chemistry》，vol?1，Issue?1，670-673)。近年來以Si半導體材料為基礎的高密度集成芯片按照莫爾定律高速發展。但是，隨著線寬的降低，傳統的加工工藝和基礎定律受到挑戰。以一維納米材料為基礎的納米電子學器件通過自下而上的組裝方法，被認為是一種能夠延續莫爾定律的有效途徑之一。納米材料由于其晶體結構及尺寸和效應因素，往往有高的強度和韌性，可用于多種微型器件的制造，具有很大的應用前景。ZnO是一種具有壓電特性的半導體材料，能夠實現機械力到電能的轉換；同時，直徑為納米尺度的ZnO納米線的強度有所提高，能夠克服較大的應變，是理想的壓電傳感器材料。近年來，已經有不少基于ZnO納米材料的納米發電機、聲波探測器和壓電場效應晶體管等方面的研究(Piezoelectric?Field?Effect?Transistor?and?Nanoforce?Sensor?Based?on?a?Single?ZnO?Nanowire，《Nano?Letters》，2006.Vol.6，No.12，2768-2772；Power?generation?with?laterally?packaged?piezoelectric?fine?wires，《NATURE?NANOTECHNOLOGY》，2008，Vol?4，34-39)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種網絡狀ZnO納米材料柔性應變傳感器的構建方法，可在應力作用下產生形變，使電流發生較大變化，從而對微小振動和應變有很高的響應靈敏度。同時，提供一種構建柔性應變傳感器的簡單工藝流程，其中器件的制作成本低，能適應大規模工業化生產的要求。

一種網絡狀納米ZnO材料應變傳感器的構建方法，主要分以下兩部分：

1.ZnO納米材料的制備：

a)配制Zn(NO₃)₂、(CH₂)₆N4和聚醚酰亞胺(PEI)的水溶液，Zn²⁺濃度為0.05～0.1M，原子比Zn(NO₃)₂∶(CH₂)₆N₄＝1∶1，PEI的濃度為0.003～0.009M。超聲分散15～30min，使前驅液混合均勻。

b)取前驅液50～200ml盛入燒杯中，密封，在80～100℃下加熱2～4h，然后過濾反應溶液。將濾液盛入反應釜中，80～100℃下加熱6～8h，得到所需ZnO納米材料。

2.網絡狀納米ZnO材料應變傳感器的構建：

a)采用酒精和二甲基聚硅氧烷的混合溶液將反應后得到的ZnO納米材料溶解0.05～1g/5ml，超聲分散10～30s。

b)采用旋涂法將分散后的ZnO均勻分布在聚酰亞胺(PI)薄膜上，旋涂1～5次，得到ZnO層。

c)將附有ZnO層的PI薄膜在100～180℃下干燥2～10h，形成ZnO網絡。

d)以銀膠固定在ZnO層兩端，并在50～100℃下干燥30min，使銀膠電極與ZnO間之間緊密接觸。

e)用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜將整個器件封裝，在真空條件下40℃保溫0.5～2h，完成網絡狀納米ZnO材料應變傳感器的構建。用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜將整個器件封裝能防止外界的污染與腐蝕。