[發明專利]一種PMMA基石墨烯爆壓測試傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 202010438318.3
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111637801B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 張國棟;劉元;趙玉龍;韋學勇;孫警;余旺;張一中
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;F42B35/00;G01L9/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種PMMA基石墨烯爆壓測試傳感器及其制造方法,傳感器包括基底，基底上通過轉移工藝設有第一氮化硼，第一氮化硼上通過轉移工藝設有石墨烯，石墨烯兩端通過MEMS工藝濺射有電極，石墨烯上通過轉移工藝設有第二氮化硼，第二氮化硼上設有封裝層；本發明通過MEMS技術實現了氮化硼/石墨烯/氮化硼異質結敏感元件的微型化，使其適用于微尺度裝藥爆轟壓力的測量；通過基底背面曝光及顯影工藝，實現了PMMA基底上電極的圖形化，避免了對基底的破壞；利用不同的目標襯底進行撈取，實現了石墨烯以及氮化硼的轉移，簡化了傳感器的制作流程；傳感器具有敏感元件尺寸小、響應快、靈敏度高、量程大、精度高等特點，能夠適用于微尺度裝藥爆轟壓力的測量。

技術領域

本發明屬于超高壓力傳感器技術領域，具體涉及一種PMMA基石墨烯爆壓測試傳感器及其制造方法。

背景技術

MEMS火工品是支撐新一代微型化武器和智能化彈藥發展的關鍵技術，已成為各國軍工科研機構高度關注的前沿領域。微尺度裝藥作為MEMS火工品的核心組成部分，對武器彈藥的安全性、可靠性以及作戰效能有著重大影響，微尺度裝藥的輸出爆壓測試已成為MEMS火工品基礎理論研究和工程應用的前提。目前美國在MEMS火工品的基礎理論、集成制造、性能評估與試驗應用等方面已基本形成體系，雖然國內在MEMS火工品的基礎理論、集成制造等方面已取得關鍵性突破，但是關于MEMS火工品輸出性能評估的研究還比較薄弱，因此圍繞微尺度裝藥輸出爆壓定量表征問題開展研究具有重要的科學意義和工程實用價值。

微尺度裝藥是指裝藥直徑在0.5～2mm之間的圓柱形裝藥，且具有殼體約束；微尺度裝藥輸出爆壓是指爆轟波陣面中心處的壓力。微尺度裝藥爆轟有三個特點：(1)裝藥直徑為毫米或亞毫米級；(2)爆轟波屬于定常二維軸對稱流動；(3)爆壓可達GPa級。上述爆轟特點對傳感器設計提出了一些要求：①敏感元件尺寸要與裝藥直徑匹配；②必須考慮微尺度裝藥爆轟波的橫向拉伸效應；③敏感元件可測量GPa級壓力。然而在現有的爆壓測試方法中，大多數是針對大尺寸藥柱進行測量；少數針對微尺度裝藥的爆壓測試方法忽略了爆轟波的橫向拉伸效應以及傳感器測量端的阻抗匹配問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種PMMA基石墨烯爆壓測試傳感器及其制造方法,該傳感器具有敏感元件尺寸小、響應快、靈敏度高、量程大、精度高等特點，適用于多種工況下微尺度裝藥爆轟壓力的測量。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種PMMA基石墨烯爆壓測試傳感器，包括基底1，基底1上通過轉移工藝設有第一氮化硼2，第一氮化硼2上通過轉移工藝設有石墨烯3，石墨烯3上兩端通過MEMS工藝濺射有電極5，石墨烯3上通過轉移工藝設有第二氮化硼4，第二氮化硼4上設有封裝層6。

所述的基底1采用有機玻璃(PMMA)塊材制作而成。

所述的第一氮化硼2和第二氮化硼4層數相同，且控制在1～3層。

所述的石墨烯3采用單層石墨烯。

所述的電極5采用Au材料，厚度約為200nm。

所述的封裝層6采用有機玻璃(PMMA)材料，通過勻膠固化工藝制成，厚度約為25μm。

所述的一種PMMA基石墨烯爆壓測試傳感器的制造方法，包括以下步驟：

步驟1：在第一金屬箔7-1上生長單層石墨烯3，在石墨烯3表面旋涂第一光刻膠8-1，進行固化；

步驟2：配制第一金屬箔7-1的刻蝕液，將第一光刻膠8-1/石墨烯3/第一金屬箔7-1置于刻蝕液中對第一金屬箔7-1進行刻蝕；

步驟3：在第二金屬箔7-2上生長第一氮化硼2，當第一金屬箔7-1刻蝕完成后，用第一氮化硼2/第二金屬箔7-2目標襯底撈取第一光刻膠8-1/石墨烯3；