[发明专利]通过多级结构设计制备高敏感度压阻式传感器的方法

说明书

本发明公开一种通过多级结构设计制备高敏感度压阻式传感器的方法，包括以下步骤：在基体上形成若干个基本结构单元，并将若干个基本结构单元与基本结构单元堆砌组装形成具有网络结构的一级基本几何单元，并形成位于相邻基本几何单元之间的一级接触连接区；将若干个所述一级基本几何单元通过阵列堆积组合形成二级几何结构，并形成位于相邻一级基本几何单元之间的二级接触连接区；步骤三、在基体上至少两处点导电胶胶从而形成压阻式传感器的电极，获得压阻传感器。本发明方法获得的高敏感度压阻式传感器具有设计灵活、制作简便，与现有各种传感器制作方法结合良好，具有普适性。

技术领域

本发明涉及一种通过多级结构设计制备高敏感度压阻式传感器的方法，属于压阻式传感器技术领域。

背景技术

压阻式传感器是利用压阻材料在应力作用时，其电阻会发生变化这一特性，将力的变化转换为电信号输出的一种传感器。压阻式传感器可广泛应用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。压阻式传感器有金属及其氧化物、半导体材料和碳材料等，目前商品化的压阻传感器主要有金属和硅两大类。敏感度（GF）是描述传感器性能的关键指标，定义为-电阻的相对变化量/应变（GF= （DR/R）/e）。

传统的金属应变片的敏感度较低，压阻敏感度只有1-2。提高敏感度的方法大致可分为两类，一是制备或利用具有对应力/应变变化非常敏感的固有电子带结构的新材料，例如本身具有压阻性能的半导体材料硅，多晶硅的敏感度大约为50，单晶硅材料其敏感度可达到200；将压阻材料的尺寸降低到微米甚至纳米级也可提高其敏感度，如CdS的单晶薄片CdS（GF~2970）、p-GaN（GF~ 260）、单根硅纳米线（GF~6000）以及碳纳米管（GF ~200–2900）等。二是通过产生异质结构以形成颗粒状物质或复合材料。高敏感度主要来自于应力/应变引起基础结构单元之间断开/接触从而引起电阻和隧穿电阻的变化。基础结构单元可以是各种金属纳米粒子、碳纳米材料、金属-碳纳米管复合纳米粒子。比如以聚二甲氧基硅氧烷为基体，碳纳米管为敏感元件的压阻传感器中，基础结构单元为碳纳米管，在应力/应变下，碳纳米管以及碳纳米管束之间接触/断开，从而实现高敏感度；利用铂纳米粒子沉积并制造纳米微裂纹，传感器的敏感度达到2000。

现有商业化的传感器中，传统的金属基压阻传感器敏感度较低，而硅基压阻传感器敏感度高于金属基体，然而工艺要求高，设备投入大。同时二者敏感度受温度影响，存在着温漂。如何克服上述技术问题成为本领域技术人员努力的方向。

发明内容

本发明目的是提供一种通过多级结构设计制备高敏感度压阻式传感器的方法，此方法获得的高敏感度压阻式传感器具有设计灵活、制作简便，与现有各种传感器制作方法结合良好，具有普适性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种通过多级结构设计制备高敏感度压阻式传感器的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、在基体上形成若干个基本结构单元，并将若干个基本结构单元与基本结构单元堆砌组装形成具有网络结构的一级基本几何单元，并形成位于相邻基本几何单元之间的一级接触连接区，所述一级接触连接区连接的强弱和数量通过一级基本几何单元中基本结构单元的排列数量和排列方式调节；

步骤二、将若干个所述一级基本几何单元通过阵列堆积组合形成二级几何结构，并形成位于相邻一级基本几何单元之间的二级接触连接区，所述一级接触连接区连接的强弱和数量通过二级几何结构中一级基本几何单元的排列数量和排列方式调节；

步骤三、在基体上至少两处点导电胶从而形成压阻式传感器的电极，获得压阻传感器。

上述技术方案中进一步改进的方案如下：

1. 上述方案中，所述基本结构单元和基本几何单元的制作方法为光刻、软刻、印刷、喷涂或者原位生长。

2. 上述方案中，所述基本结构单元和基本几何单元的制作方法为激光书写。