[發(fā)明專利]一種具有壓阻效應(yīng)的柔性振動傳感器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010567988.5
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111750975B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 慕春紅;劉啟明;婁帥;寧婧;尹良君;簡賢
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01H11/06
• 分類號: G01H11/06;G01L1/18;B82Y15/00
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

一種具有壓阻效應(yīng)的柔性振動傳感器，屬于柔性功能電子材料及新型傳感器技術(shù)領(lǐng)域。所述柔性振動傳感器包括敏感材料和導(dǎo)電電極，敏感材料包括碳納米管膜、以及附著于碳納米管膜上的氧化鋅顆粒，其中，所述碳納米管膜的厚度為50～80μm，氧化鋅顆粒尺寸為200～500nm，碳納米管與氧化鋅的質(zhì)量比為(12～15):1。本發(fā)明傳感器的敏感材料包括碳納米管膜和氧化鋅顆粒。一方面，底層的碳納米管膜具有三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，撞擊引起的物體振動導(dǎo)致敏感材料表面振動而發(fā)生形變，進(jìn)而改變碳納米管的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電阻；另一方面，氧化鋅具有壓阻效應(yīng)，撞擊引起的物體振動也能引起氧化鋅層的電阻變化，有效增強(qiáng)了振動傳感器的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性功能電子材料及新型傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有壓阻效應(yīng)且有測距能力的柔性振動傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)

力學(xué)傳感器是將力學(xué)信號轉(zhuǎn)換為其他檢測信號的傳感器，主要包括金屬箔應(yīng)變儀、壓電晶片(通常是鋯鈦酸鉛)、光纖、電磁聲換能器和壓電聚合物型傳感器(例如聚偏二氟乙烯及其共聚物)。其中，應(yīng)變儀和壓電聚合物薄膜型傳感器僅響應(yīng)低頻頻譜信號，靈敏度低；壓電晶片無法彎曲和拉伸，不能用于曲面或復(fù)雜的表面，且重量和體積較大；基于光纖的傳感器很脆，將光纖嵌入諸如層壓復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)中不僅會使制備過程更加復(fù)雜，還會降低復(fù)合材料的局部強(qiáng)度；聚偏二氟乙烯及其共聚物可以實現(xiàn)大面積覆蓋并很好地適應(yīng)曲面，但其壓電系數(shù)通常較低，導(dǎo)致靈敏度較低。因此，迫切需要研發(fā)能兼具靈活性(對彎曲結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性)、重量(對檢查結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量較低)、體積(對檢查結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能造成可忽略的退化)等性能的新型傳感器。

柔性振動傳感器是將振動轉(zhuǎn)換為檢測信號，可以應(yīng)用于語音識別、方位測定和測距中，是力學(xué)傳感器的一種。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對背景技術(shù)現(xiàn)有力學(xué)傳感器存在的問題，提出了一種具有壓阻效應(yīng)的柔性振動傳感器及其制備方法、在方位測定中的應(yīng)用。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種具有壓阻效應(yīng)的柔性振動傳感器，所述柔性振動傳感器包括敏感材料和導(dǎo)電電極，其特征在于，所述敏感材料包括碳納米管膜、以及附著于碳納米管膜上的氧化鋅顆粒，其中，所述碳納米管膜的厚度為50～80μm，氧化鋅顆粒尺寸為200～500nm，碳納米管與氧化鋅的質(zhì)量比為(12～15):1。

進(jìn)一步地，所述敏感材料是通過原子層沉積技術(shù)(ALD)在表面等離子體處理后的碳納米管膜上沉積氧化鋅得到的。

一種具有壓阻效應(yīng)的柔性振動傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、采用化學(xué)氣相沉積法制備碳納米管膜，并進(jìn)行等離子體處理；

步驟2、采用原子層沉積技術(shù)在步驟1處理后的碳納米管膜上沉積氧化鋅層；以二乙基鋅為鋅源，去離子水為氧源，沉積溫度140～160℃，循環(huán)次數(shù)為100～500；其中，一次循環(huán)包括：二乙基鋅脈沖0.02s～0.03s，氮氣清洗8～10s，去離子水脈沖0.02s～0.04s，氮氣清洗8～10s；

步驟3、制備電極，得到所述柔性振動傳感器。

進(jìn)一步地，所述碳納米管膜的厚度為50～80微米。

進(jìn)一步地，步驟1所述等離子體處理的功率為290～320W，空氣氣壓為10～50Pa，時間為10～15min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1、本發(fā)明提供的一種具有壓阻效應(yīng)的柔性振動傳感器，其敏感材料包括碳納米管膜以及附著于碳納米管膜上的氧化鋅顆粒。一方面，底層的碳納米管膜具有三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，撞擊引起的物體振動導(dǎo)致敏感材料表面振動而發(fā)生形變，進(jìn)而改變碳納米管的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的電阻；另一方面，氧化鋅具有壓阻效應(yīng)，撞擊引起的物體振動也能引起氧化鋅層的電阻變化，有效增強(qiáng)了振動傳感器的靈敏度。