[發明專利]含直線誘導的裂紋的高靈敏度傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201680069974.2
• 申請日: 2016-11-28
• 公開（公告）號: CN108291797B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 崔瑢桓;李泰珉;李建熙;崔萬秀;姜大植;拜特洛·皮其特撒
• 申請（專利權）人: 多次元能源系統研究集團;首爾大學校產學協力團
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01L1/20;G01L5/00;A61B5/024;A61B5/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 鄭勇

本發明提供了一種具有導電薄膜的高靈敏度傳感器，其中導電薄膜含有線性誘導的裂紋。該高靈敏度傳感器涉及一種傳感器，該傳感器是通過在形成于支撐體上的導電薄膜上形成直線誘導的微裂紋來獲得，用于通過測量由微裂紋形成的微結合結構中的變化、短路或開口引起的電阻變化，來測量外部張力和壓力。另外，這種高靈敏度的導電性裂紋傳感器可應用于高精度測量或人造皮膚，并且可以通過使傳感器像素化而用作定位檢測傳感器。因此，該高靈敏度傳感器可以有效地用于精確測量的領域，通過人體皮膚等生物測量裝置，人體運動測量傳感器和顯示面板傳感器等。

技術領域

本發明涉及含直線誘導的裂紋的高靈敏度傳感器及其制造方法，更具體地涉及可應用于度量衡學或人造皮膚的高靈敏度傳感器，這些使用形成有直線誘導的細裂紋的導電薄膜來高精度檢測張力和壓力。

背景技術

一般而言，高靈敏度傳感器是感測微小信號，并將該微小信號作為現代工業中所必需的組成部分之一的數據(例如電信號)進行傳遞。

在這些傳感器中，電容傳感器、壓電傳感器、應變計等已知是用于測量壓力或張力的傳感器。

傳統張力傳感器的應變式傳感器是檢測機械變化作為電信號的傳感器。如果它粘附到機器或結構的表面上，則可以測量微小尺寸上的變化，即，可以發現在其表面上發生的應變(strain)，和對于從應變尺寸確定強度和安全性而言重要的應力。

此外，應變計用于根據金屬電阻元件的電阻值變化來測量待測量對象的表面的變形，通常，當測量對象被外力而拉伸時金屬材料的電阻值增加，而當它被壓縮時金屬材料的電阻值減少。應變計還用作將諸如力、壓力、加速度、位移和扭矩等物理量轉換成電信號的傳感元件，并且不僅廣泛地應用于實驗和研究，還應用于測量控制。

然而，傳統應變式傳感器由于使用金屬線而容易腐蝕，并且靈敏度較低。此外，傳統應變式傳感器的輸出值小，因此需要額外的電路來補償小信號，而且半導體張力傳感器有熱敏感的缺點。

壓力傳感器是一種能夠測量施加于表面的壓力的傳感器，這是制造人造皮膚時的必要因素。應變表示施加于表面的水平方向上的長度變化，而壓力表示垂直于表面施加的力。

傳統的壓力傳感器測量隨著壓力變化的硅膜的電阻，并且不僅廣泛地應用于研究和測量，還應用于工業。

然而，傳統的壓力傳感器具有一個缺點，即由于它們非常不靈敏而不能區分小的壓力，而且它們不能彎曲。這些缺點導致傳統的壓力傳感器不適用于人造皮膚。因此，有必要制作一種可彎曲同時可感測小的壓力的傳感器。

由于上述問題，傳感器可能僅在特定環境中被驅動或者受到各種環境因素的影響，導致測量值的準確行下降。另外，在重復驅動中存在難以確保某一測量值的問題。進一步的，這些傳感器還存在由于傳感器本身的結構問題而難以制造柔性結構的問題。

隨著人們對可穿戴式醫療和人造電子皮膚裝置以及高性能傳感器開發的研究興趣的增加，已開發出了各種類型的累積外部信息的基于納米線、硅橡膠、壓電和有機薄膜晶體管的壓力傳感器。

裂紋通常被認為是缺陷，所以被認為是要避免的。然而，最近報道了與裂紋、用于納米線生產的薄膜開裂以及互連器(interconnector)等裂紋有關的研究。

此外，還報道了基于碳納米管、納米纖維、石墨烯薄片(graphene platelet)和機械裂紋的應變傳感器。

裂紋傳感器受到蜘蛛感覺系統的影響。已知蜘蛛的感覺傳感器對應變和震動非常敏感。

裂紋通常被認為是應該避免的缺陷，但最近對裂紋的圖案化研究已經報道了用于納米線和互連器制造的薄膜裂紋形成，并且據報道與蜘蛛感覺系統類似的裂紋傳感器對應變和震動非常敏感，但具有僅2％應變的限制。

因此，需要開發一種能夠克服上述問題的新的高靈敏度傳感器。

發明內容