[發(fā)明專利]全基于激光誘導(dǎo)石墨烯工藝的自供能傳感微系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010761347.3
• 申請(qǐng)日: 2020-07-31
• 公開（公告）號(hào): CN111879341B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張海霞;王浩彬;宋宇;崔進(jìn)京;陳學(xué)先
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/16
• 分類號(hào): G01D5/16;G01D5/24
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發(fā)明提供了一種全基于激光誘導(dǎo)石墨烯工藝的自供能傳感微系統(tǒng)。包括：LIG儲(chǔ)能元件層、PI襯底層和LIG功能及采能元件層，PI襯底層作為L(zhǎng)IG儲(chǔ)能元件層、LIG功能及采能元件層天然的結(jié)構(gòu)連接層與電學(xué)絕緣層，將LIG傳感功能元件和LIG采能元件制備在系統(tǒng)的正面，將LIG儲(chǔ)能元件制備在系統(tǒng)的背面，利用LIG穿孔機(jī)制保證系統(tǒng)正反面元件的有效互連。PI襯底層作為激光誘導(dǎo)前驅(qū)體，對(duì)傳感功能元件、采能元件和儲(chǔ)能元件分別選取特異性的參數(shù)進(jìn)行LIG電極誘導(dǎo)。本發(fā)明的系統(tǒng)利用單步激光誘導(dǎo)PI襯底獲取LIG的方式，并結(jié)合LIG優(yōu)異的物理化學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了包括傳感元件、采能元件、儲(chǔ)能元件、系統(tǒng)互連線等全套傳感微系統(tǒng)組件，實(shí)現(xiàn)了便攜式電子設(shè)備工藝層面與性能層面的集成化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感微系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種全基于激光誘導(dǎo)石墨烯工藝的自供能傳感微系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)下，隨著人類對(duì)個(gè)人健康管理及生活環(huán)境質(zhì)量的密切關(guān)注，各類傳感器件乃至傳感系統(tǒng)的需求日益激增。傳感功能元件作為日常生活中實(shí)時(shí)實(shí)地記錄各項(xiàng)參量變化及走向的“眼睛”，備受研究人員的關(guān)注。與此同時(shí)，傳感體系從過(guò)去的單變量監(jiān)測(cè)、單信號(hào)轉(zhuǎn)換機(jī)制過(guò)渡到如今的多參量多維度相互配合、多轉(zhuǎn)換機(jī)制相互協(xié)同。此外，合適的材料選取、加工手段、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等為提升傳感信號(hào)的精密度、多樣性和可靠性提供了基礎(chǔ)。

目前，現(xiàn)有的傳感微系統(tǒng)技術(shù)至少存在如下的兩個(gè)方面的缺點(diǎn)：一方面，現(xiàn)有的傳感微系統(tǒng)通常由功能分立的元件直接組合而成，各元件之間的材料選取、加工工藝、工作條件等存在互相不兼容性，系統(tǒng)集成度低，且單獨(dú)元件的加工工藝繁瑣，材料的力學(xué)屬性和生物兼容性較差，無(wú)法真正適用于人體穿戴式/貼膚式應(yīng)用及更為嚴(yán)苛的自然環(huán)境；另一方面，傳感微系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定工作離不開持續(xù)充足的能源供給，而現(xiàn)階段的電子設(shè)備通常使用電池供電，需頻繁更換電池及犧牲系統(tǒng)的輕便性來(lái)滿足供能需求；脫離外加電源激勵(lì)，巧妙收集生活中的耗散能源為系統(tǒng)自主式供能的研究亟待開展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種全基于激光誘導(dǎo)石墨烯工藝的自供能傳感微系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。

一種全基于激光誘導(dǎo)石墨烯工藝的自供能傳感微系統(tǒng)，包括：

LIG(Laser-induced Graphene，激光誘導(dǎo)石墨烯)儲(chǔ)能元件層、PI(polyimide,聚酰亞胺)襯底層和LIG功能及采能元件層，PI襯底層作為L(zhǎng)IG儲(chǔ)能元件層、LIG功能及采能元件層的結(jié)構(gòu)連接層與電學(xué)絕緣層，將LIG傳感功能元件與LIG采能元件制備在系統(tǒng)的正面，將LIG儲(chǔ)能元件制備在系統(tǒng)的背面，PI襯底層作為激光誘導(dǎo)前驅(qū)體，對(duì)LIG傳感功能元件、LIG儲(chǔ)能元件及LIG采能元件分別選取特異性的參數(shù)進(jìn)行LIG電極誘導(dǎo)。

優(yōu)選地，所述LIG儲(chǔ)能元件層、PI襯底層和LIG功能及采能元件層采用島橋狀構(gòu)型及蛇形互連線結(jié)構(gòu)，相關(guān)電路集成在島橋狀構(gòu)型的正中間島上。

優(yōu)選地，所述LIG功能及采能元件層中包括LIG傳感功能元件及對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理電路、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸電路，LIG采能元件及相應(yīng)的能量管理電路；LIG儲(chǔ)能元件層中包括非對(duì)稱MSC(Micro-supercapacitor，平面微型超級(jí)電容器)陣列。

優(yōu)選地，所述LIG功能及采能元件層中的LIG傳感功能元件、LIG采能元件與LIG儲(chǔ)能元件層中的LIG儲(chǔ)能元件之間實(shí)現(xiàn)有效對(duì)接及量化配置，LIG采能元件和LIG儲(chǔ)能元件之間利用能量管理電路將LIG采能元件收集到的能量最大化轉(zhuǎn)換成超級(jí)電容器MSC能夠存儲(chǔ)的形式；各個(gè)LIG傳感功能元件在信號(hào)能分辨的前提下，將功耗降到最低，將組件之間的互連引線的串聯(lián)電阻降到最低，根據(jù)LIG傳感功能元件的峰值功耗密度，調(diào)整LIG采能元件和LIG儲(chǔ)能元件的總體積及單位體積能量輸出密度。

優(yōu)選地，所述能量管理電路中包括比較器和LC振蕩電路，當(dāng)輸出電位達(dá)到比較器的要求，LC振蕩電路才對(duì)能量進(jìn)行傳遞，使得系統(tǒng)的能量輸出曲線最大程度展寬。