[發明專利]一種基于波導光柵的PDMS柔性力敏傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 202011560465.4
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112540430B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 劉啟發;張琳;胡金高娃;趙子岳
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G02B6/13
• 分類號: G02B6/13;G02B6/136;G02B6/124;G03F7/16;G02B6/122;G01L1/24
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 韓紅莉

本發明公開了一種基于波導光柵的PDMS柔性力敏傳感器及制備方法，包括PDMS波導、波導光柵區，根據濾波波長?光柵參數?受力的關系實現力敏檢測。用丙酮、酒精和去離子水清洗硅片并烘干；在硅片表面涂覆光刻膠并烘干；對硅片進行掩膜光刻和顯影，將掩膜版的圖形轉移至光刻膠膜上；進行硅的干法刻蝕并去除光刻膠膜，得到硅模板；根據柔性需求，配比不同比例的PDMS液和固化液得到混合液，控制PDMS液和固化液配比在5:1～15:1之間；充分攪拌并在真空下完全去除混合液中的空氣；將硅模板放在混合液表面，使硅模板的表面與混合液充分浸潤，然后將硅模板和混合液一起加熱使得混合液充分固化將硅模板揭下，得到PDMS光波導和光柵結構。

技術領域

本發明涉及一種基于波導光柵的PDMS柔性力敏傳感器和一種基于波導光柵的PDMS柔性力敏傳感器制備方法，屬于力敏傳感器技術領域。

背景技術

隨著傳感技術的發展，傳感器的應用領域愈加廣泛，加之社會需求日益豐富化，對力敏傳感器的精度、敏感度、穩定性等要求也越來越高。目前，用于測受力的光學傳感器有光纖光柵應力傳感器、硅基光學MEMS壓力傳感器等。但是現有技術中的光學傳感器易受光源變化的影響，如馬赫曾德(M-Z)干涉型光學壓力傳感器的測量結果極易受到光源衰減、波長漂移等的影響^[1]。硅基光學MEMS壓力傳感器主要通過輸出光強的變化來檢測應力，但是壓強和光強之間為非線性關系。

目前制作柔性傳感器的材料有很多，主要有金屬材料、無機半導體材料、有機材料和柔性基底。無機半導體材料包括很多，據悉，科學家曾以ZnO和ZnS為材料制作了一種柔性傳感器，利用了光電效應，但其中的難題是材料的彎曲度有限；有機材料柔韌性更好，但是對壓阻和電容信號敏感度不如金屬材料，在高精度的測量領域發展受限；柔性基底的材料非常有限，比較成功的是PDMS^[2]。其優勢在于PDMS聚合物的熱光系數較大，當用其制備熱光調諧器件時，損耗會降低，使波導結構更易于實現波導器件的無熱化^[3]，且成本低，彈性大，具有良好的流變特性、良好的可拉伸性能和生命兼容性，在柔性力敏傳感器的應用方面被廣泛使用。

在大量的傳統的PDMS柔性力敏傳感器中，由于基于電信號，它們可能會受到來自電源，附件儀器和帶電物體的電磁干擾，加之有金屬成分，阻擋了光線。與電信號方法相比，PDMS光學力敏傳感器更適用于大面積，抗電磁干擾和高視覺透明度的應用。

參考文獻

[1] 一種基于微環結構的接觸型線性應力傳感器及其應力檢測方法與流程；

[2] 柔性傳感器怎么突然不火了，來源：OFweek電子工程網；

[3]聚合物光柵的制作及衍射性質分析[碩士論文] 況國文光學工程南昌航空大學 2016（學位年度）TN305。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種基于波導光柵的PDMS柔性力敏傳感器，能夠有效地避免電磁干擾，利用光波波長的變化實現高靈敏度力-形變的感應，同時具備柔性、透明性和生命兼容性的特征。

為達到上述目的，本發明提供一種基于波導光柵的PDMS柔性力敏傳感器制備方法，包括以下步驟：

用丙酮對硅片進行擦洗，去除硅片上的有機物質；

再分別用酒精和去離子水沖洗硅片，然后烘干硅片；

在硅片表面涂覆一定厚度的光刻膠；

將勻膠后的硅片置于烘盤上烘烤一段時間，硅片表面的光刻膠形成光刻膠膜；

對擁有光刻膠膜的硅片進行掩膜光刻和顯影，將掩膜版的圖形轉移至光刻膠膜上；

進行硅的干法刻蝕，形成PDMS光波導和光柵結構：通過建立濾波波長和光柵參數的關系式，以此設計光柵結構：

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