[發明專利]鈮酸鉀鈉納米棒陣列生長操作方法及其傳感器件制作方法

有效

• 申請號: 202010007281.9
• 申請日: 2020-01-04
• 公開（公告）號: CN111174950B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 王釗;盧夢瑞;姜蕾;顧豪爽
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L41/39
• 分類號: H01L41/39;G01L1/16;G01L9/08;B82Y40/00
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 劉丹;朱必武

本發明公開一種鈮酸鉀鈉納米棒陣列的圖形化生長的操作方法及其自供電壓力分布式傳感器件的制作方法，所述傳感器的制作包括：金屬阻擋層的制備；鈮酸鉀鈉納米棒陣列的圖形化生長；上電極的制備等步驟。將鈦酸鍶襯底經過清洗烘干后，在其上采用光刻濺射法制做出鉻/金的金屬阻擋層；采用傳統水熱合成工藝，用氫氧化鉀、氫氧化鈉，五氧化二鈮在高溫高壓下水熱合成鈮酸鉀鈉納米棒陣列；將KNN納米棒陣列放置在旋涂儀上后旋涂覆蓋一層PMMA將KNN納米棒包裹起來，然后進行磁控濺射，濺射完后拿掉掩膜版得到所需要的基于圖形化無鉛壓電納米棒陣列的壓力分布式傳感器；所述傳感器能夠有效監測壓力的大小和位置，且能夠自供電。

技術領域

本發明屬于無機納米材料領域，特別涉及鈮酸鉀鈉無鉛壓電納米棒陣列的圖形化生長以及基于它的自供電壓力分布式傳感器件的制作方法。

背景技術

壓力分布式傳感器是一種用來探測壓力或者接觸位置的傳感器件，它在現在和將來會在電子屏、智能機器人仿生觸覺、電子皮膚、物體移動軌跡的監測，甚至是指紋識別等領域存在著潛在的應用。傳統的壓力分布式傳感器一般分為五種類型：電容式、電阻式、壓阻式、摩擦電式和壓電式。例如，Jung等人運用碳納米管和PDMS制成了一種探測力的大小和方向的壓力分布式傳感器（Piezoresistive Tactile Sensor DiscriminatingMultidirectional Forces.《sensors》 2015, 15, 25463-25473）。Li等人制作的基于電容的壓力分布傳感器（Flexible Capacitive Tactile Sensor Based on MicropatternedDielectric Layer.《Small》.2016,12(36),5042-5048）。在這五種類型中由于電容式，電阻式，壓阻式壓力分布傳感器需要外部電源供電，所以需要額外的外部電路這將導致它們在未來的便攜性設備方面存在劣勢，而壓電式和摩擦電式壓力分布傳感器它們自身的材料可以產生電信號，所以不需要額外的外部電路，大大的增加了設備的便攜性，且更加利于小型化和集成化，這種優勢在大面積制備時將會更加明顯。

在目前的壓電式壓力位置傳感器中，大多是采用的基于ZnO和PZT壓電材料的，比如Deng等人制作的基于ZnO的壓力分布傳感器(A Flexible Field-Limited Ordered ZnONanorods-based Self-Powered Tactile Sensor Array for Electronic Skin.《Nanoscale》, 2016, 8(36), 16302-16306)，還有Tseng等人設計的基于PZT的壓力分布式傳感器(Flexible PZT Thin Film Tactile Sensor for Biomedical Monitoring.《Sensor》,2013,13(5),5478-5492)。然而他們都有一定的缺陷，他們所采用的觸點面積都比較大，所以對力的分辨率很小，而且如ZnO的壓電性能較差，PZT的壓電性能雖好，但是它是含鉛材料，有很大的毒性，導致生物兼容性差。因此需要一種分辨率好，壓電性能好而且無毒的壓電式壓力分布式傳感器來彌補這些不足。

發明內容

基于壓電式壓力分布傳感器的現狀，本發明的目的首先探究無鉛壓電納米棒陣列的圖形化生長，然后是基于它的壓電式壓力分布傳感器的制作以解決壓電式壓力分布傳感器中分辨率低，壓電性能差和有毒的問題。本發明能夠有效監測到壓力的大小與位置，且能夠實現自供電，有效的減少了外部電路。

本發明還提供一種基于圖形化KNN納米棒陣列的壓電式壓力分布傳感器制作方法，所述傳感器包括金屬阻擋層、KNN納米棒陣列、包覆層和上電極；所述金屬阻擋層是通過公知的光刻濺射法制備；KNN納米棒陣列為傳統水熱法，將有金屬阻擋層的襯底放在反應釜中進行水熱合成；所述包覆層由PMMA旋涂包覆納米棒陣列；所述上電極通過掩膜版遮擋濺射得到；傳感器能夠有效監測壓力的大小和位置，且能夠自供電。

為達到上述目的，本發明提供的技術方案是：

鈮酸鉀鈉納米棒陣列的圖形化生長的操作方法，其特征在于，包括如下步驟：