[發明專利]基于單晶二維壓電材料的自驅動壓力傳感器及制備方法

在審

• 申請號: 201810067410.6
• 申請日: 2018-01-24
• 公開（公告）號: CN108365084A
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 胡平安;戴明金;鄭威;劉光波;陳洪宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01L41/113
• 分類號: H01L41/113;H01L41/18;H01L41/33
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 范光曄

本發明提供了一種基于單晶二維壓電材料的自驅動壓力傳感器及制備方法，屬于傳感器技術領域。本發明中金電極直接接觸二維壓電材料納米片，聚二甲基硅氧烷柔性襯底提供支撐，銀漿用于連接金電極和導線，導線作為外電路測試時的電極。制備方法為：在云母上制備出少層的單晶二維壓電材料納米片；利用聚合物輔助的方法將單晶二維壓電材料納米片轉移到柔性襯底上；用碳纖維作為掩模板，利用熱蒸發鍍膜技術蒸鍍金電極；利用銀漿和導線引出電極以供測試，完成器件制備。本發明的制備工藝實施簡單，避免了使用繁瑣復雜的光刻技術；所制備的壓電傳感器具有柔性，可穿戴，高靈敏度，高穩定性的特點，在監測人體生理信號(脈搏和呼吸)時表現出優異的性能。

技術領域

本發明涉及一種基于單晶二維壓電材料的自驅動壓力傳感器及制備方法，屬于傳感器技術領域。

背景技術

壓電傳感器是一種利用介電材料壓電效應來探測應力應變的裝置，其在軍事和國民經濟的各個領域均有廣泛應用。近年來，二維半導體納米材料由于具有超強的機械強度，可承受較大的應力應變以及柔性和拉伸的特點，而逐漸成為制備高性柔性電子器件的理想材料，進而受到了人們的廣泛關注和深入研究。目前，以二維半導體納米材料為基礎制備的柔性壓力傳感器主要利用了半導體的壓阻效應。利用二維半導體材料具有柔性，可拉伸的特點，且其能夠隨應變大小可調，制備了基于壓阻效應的壓力傳感器。然而這種基于壓阻效應的壓力傳感器具有明顯缺點和不足：(1)由于所使用的材料多數為多晶薄膜，其器件的靈敏度和響應速度不高；(2)由于材料尺寸較大，大多制備的器件無法實現小型化；(3)需要在外加偏壓下工作，造成較大的功耗。針對以上問題，發展出以二維半導體納米材料為基礎，具有高靈敏度，高響應速度，柔性可穿戴，低功耗的壓電傳感器將是一種十分新穎而有效的解決途徑。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述現有技術存在的問題，進而提供一種基于單晶二維壓電材料的自驅動壓力傳感器及制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于單晶二維壓電材料的自驅動壓力傳感器，包括：聚二甲基硅氧烷柔性襯底、金電極、單晶二維壓電材料納米片、銀漿和導線，

其中，金電極直接接觸單晶二維壓電材料納米片，聚二甲基硅氧烷柔性襯底提供支撐，銀漿用于連接金電極和導線，導線作為外電路測試時的電極。

基于單晶二維壓電材料的自驅動壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：在云母上制備出少層的單晶二維壓電材料納米片；

步驟二：利用聚合物輔助的方法將單晶二維壓電材料納米片轉移到聚二甲基硅氧烷柔性襯底上；

步驟三：用碳纖維作為掩模板，利用熱蒸發鍍膜技術蒸鍍金電極；

步驟四：利用銀漿和導線引出電極以供測試，完成器件制備。

所述步驟一中所述的單晶二維壓電材料納米片的制備工藝為化學氣相沉積法，生長所用襯底為氟金云母，生長溫度和時間由所生長的材料而定。

所述步驟二中所述聚二甲基硅氧烷柔性襯底為固化后的聚二甲基硅氧烷；硅橡膠預聚物與固化劑質量比為10:1，充分混合后于0℃條件下靜置1h；在玻璃片上自然流動成膜，放置鼓風干燥箱中固化，固化溫度為70℃，保持時間為12h。

所述步驟三中碳纖維的直徑為8μm，熱蒸發蒸鍍電極為99.99％的金，金電極的厚度為30nm。

所述步驟四中所述的導線為銅線，直徑為0.5mm。

本發明的有益效果為：

1、本發明采用化學氣相沉積工藝，在特定的生長溫度和時間下，制備出單晶二維壓電材料納米片；

2、本發明由于制備得到的材料為晶體質量較好的單晶，為制備壓電傳感器提供了基礎；