[发明专利]铌酸钾钠纳米棒阵列生长操作方法及其传感器件制作方法

说明书

本发明公开一种铌酸钾钠纳米棒阵列的图形化生长的操作方法及其自供电压力分布式传感器件的制作方法，所述传感器的制作包括：金属阻挡层的制备；铌酸钾钠纳米棒阵列的图形化生长；上电极的制备等步骤。将钛酸锶衬底经过清洗烘干后，在其上采用光刻溅射法制做出铬/金的金属阻挡层；采用传统水热合成工艺，用氢氧化钾、氢氧化钠，五氧化二铌在高温高压下水热合成铌酸钾钠纳米棒阵列；将KNN纳米棒阵列放置在旋涂仪上后旋涂覆盖一层PMMA将KNN纳米棒包裹起来，然后进行磁控溅射，溅射完后拿掉掩膜版得到所需要的基于图形化无铅压电纳米棒阵列的压力分布式传感器；所述传感器能够有效监测压力的大小和位置，且能够自供电。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，特别涉及铌酸钾钠无铅压电纳米棒阵列的图形化生长以及基于它的自供电压力分布式传感器件的制作方法。

背景技术

压力分布式传感器是一种用来探测压力或者接触位置的传感器件，它在现在和将来会在电子屏、智能机器人仿生触觉、电子皮肤、物体移动轨迹的监测，甚至是指纹识别等领域存在着潜在的应用。传统的压力分布式传感器一般分为五种类型：电容式、电阻式、压阻式、摩擦电式和压电式。例如，Jung等人运用碳纳米管和PDMS制成了一种探测力的大小和方向的压力分布式传感器（Piezoresistive Tactile Sensor DiscriminatingMultidirectional Forces.《sensors》 2015, 15, 25463-25473）。Li等人制作的基于电容的压力分布传感器（Flexible Capacitive Tactile Sensor Based on MicropatternedDielectric Layer.《Small》.2016,12(36),5042-5048）。在这五种类型中由于电容式，电阻式，压阻式压力分布传感器需要外部电源供电，所以需要额外的外部电路这将导致它们在未来的便携性设备方面存在劣势，而压电式和摩擦电式压力分布传感器它们自身的材料可以产生电信号，所以不需要额外的外部电路，大大的增加了设备的便携性，且更加利于小型化和集成化，这种优势在大面积制备时将会更加明显。

在目前的压电式压力位置传感器中，大多是采用的基于ZnO和PZT压电材料的，比如Deng等人制作的基于ZnO的压力分布传感器(A Flexible Field-Limited Ordered ZnONanorods-based Self-Powered Tactile Sensor Array for Electronic Skin.《Nanoscale》, 2016, 8(36), 16302-16306)，还有Tseng等人设计的基于PZT的压力分布式传感器(Flexible PZT Thin Film Tactile Sensor for Biomedical Monitoring.《Sensor》,2013,13(5),5478-5492)。然而他们都有一定的缺陷，他们所采用的触点面积都比较大，所以对力的分辨率很小，而且如ZnO的压电性能较差，PZT的压电性能虽好，但是它是含铅材料，有很大的毒性，导致生物兼容性差。因此需要一种分辨率好，压电性能好而且无毒的压电式压力分布式传感器来弥补这些不足。

发明内容

基于压电式压力分布传感器的现状，本发明的目的首先探究无铅压电纳米棒阵列的图形化生长，然后是基于它的压电式压力分布传感器的制作以解决压电式压力分布传感器中分辨率低，压电性能差和有毒的问题。本发明能够有效监测到压力的大小与位置，且能够实现自供电，有效的减少了外部电路。

本发明还提供一种基于图形化KNN纳米棒阵列的压电式压力分布传感器制作方法，所述传感器包括金属阻挡层、KNN纳米棒阵列、包覆层和上电极；所述金属阻挡层是通过公知的光刻溅射法制备；KNN纳米棒阵列为传统水热法，将有金属阻挡层的衬底放在反应釜中进行水热合成；所述包覆层由PMMA旋涂包覆纳米棒阵列；所述上电极通过掩膜版遮挡溅射得到；传感器能够有效监测压力的大小和位置，且能够自供电。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案是：

铌酸钾钠纳米棒阵列的图形化生长的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：