[发明专利]等应力梁法检测石墨烯压阻因子

说明书

技术领域

本发明涉及的石墨烯压阻因子的检测方法，属于检测技术领域。

背景技术

石墨烯(Graphene)是由单层呈正六边形分布的碳原子构成的具有蜂窝状晶格结构的一种二维碳质新材料，这种结构在平面内无限重复、周期分布，但是在垂直于分布平面的厚度方向上只具有纳米尺度。这种单原子厚度的碳膜结构异常紧密、严整，几乎没有任何缺陷，能稳定存在并展现出许多令人惊讶的物理、化学特性特点，在新能源、检测、微传感器等领域有重要的应用价值。检测石墨烯压阻性能是压阻型石墨烯微纳传感器研制的基础。

常规材料的压阻因子的检测一般对采用所检测材料直接施加应变，如拉伸、压缩法，通过检测目标材料的电阻变化率来确定其压阻因子。作为二维纳米材料，石墨烯样品厚度只有约0.34纳米，长度和宽度一半不超过10微米，同时石墨烯高度透明，具有高达97％的透光率，在常规条件下很难进行精确定位，更难以直接施加应变进行电阻检测。

为了克服以上问题，有必要提出全新的石墨烯材料压阻因子检测方案，为压阻型石墨烯微纳传感器的开发奠定基础。

发明内容

本发明针对石墨烯材料高度透明，尺寸微小、难以定位及直接施加应变的检测难点，提出采用等应力梁法实现石墨烯材料压阻因子的检测。为实现石墨烯样品的精确定位，采用表面二氧化硅厚度为300纳米的硅片作为石墨烯的承载基底，采用光刻及Lift-off微制造工艺在石墨烯表面沉积Ti/Au金属电极，电极间距可根据石墨烯尺寸确定，用于石墨烯电阻检测。再将硅片粘贴到等应力悬臂梁表面，悬臂梁材料可采用铝、铜等金属。另外在等应力梁表面粘贴高精度应变片。其特征包括：

(1)、采用Lift-off技术在石墨烯表面制作微米尺度金属电极；

(2)、采用等应力悬臂梁作为应变施加载体。

(3)、将带有检测电极的石墨烯硅片及高精度应变片粘贴到等应力悬臂梁表面。

分别从Ti/Au电极和应变片两端引线，用来检测石墨烯电阻变化及梁的弯曲应变。

附图说明

图1是采用等应力梁法检测石墨烯压阻因子的示意图。

图2是制作好金属检测电极的石墨烯。

标号名称：1、多通道万用表，2、带有石墨烯及电极的硅片，3、应变片，4、等应力梁，5、数字源表6、Ti/Au金属电极，7、石墨烯样品，8、硅片基底

具体实施方式

如图1，将应变片、带有石墨烯及检测电极的硅片粘贴至等应力悬臂梁表面，在等应力梁端部施加集中力使梁产生弯曲变形。石墨烯与应变片的电阻变化可测量得到，由于石墨烯的应力与应变片所受应力相等，因此根据压阻因子的定义，可以得到石墨烯压阻因子的数值。

本发明的具体实施步骤为：

1.参考图2，首先在石墨烯样品上制作出检测电极，采用键合技术分别在电极端部进行引线，用于检测电阻变化。电极尺寸、间距可根据石墨烯样品尺寸调节。

2.在等应力梁端部施加集中力使梁产生弯曲变形，测量石墨烯与应变片的电阻变化。

3.将相关数据带入计算得到石墨烯压阻因子。