[发明专利]一种具有压阻效应的柔性振动传感器及其制备方法

说明书

一种具有压阻效应的柔性振动传感器，属于柔性功能电子材料及新型传感器技术领域。所述柔性振动传感器包括敏感材料和导电电极，敏感材料包括碳纳米管膜、以及附着于碳纳米管膜上的氧化锌颗粒，其中，所述碳纳米管膜的厚度为50～80μm，氧化锌颗粒尺寸为200～500nm，碳纳米管与氧化锌的质量比为(12～15):1。本发明传感器的敏感材料包括碳纳米管膜和氧化锌颗粒。一方面，底层的碳纳米管膜具有三维导电网络结构，撞击引起的物体振动导致敏感材料表面振动而发生形变，进而改变碳纳米管的三维导电网络的电阻；另一方面，氧化锌具有压阻效应，撞击引起的物体振动也能引起氧化锌层的电阻变化，有效增强了振动传感器的灵敏度。

技术领域

本发明属于柔性功能电子材料及新型传感器技术领域，具体涉及一种具有压阻效应且有测距能力的柔性振动传感器及其制备方法。

背景技术

力学传感器是将力学信号转换为其他检测信号的传感器，主要包括金属箔应变仪、压电晶片(通常是锆钛酸铅)、光纤、电磁声换能器和压电聚合物型传感器(例如聚偏二氟乙烯及其共聚物)。其中，应变仪和压电聚合物薄膜型传感器仅响应低频频谱信号，灵敏度低；压电晶片无法弯曲和拉伸，不能用于曲面或复杂的表面，且重量和体积较大；基于光纤的传感器很脆，将光纤嵌入诸如层压复合材料的结构中不仅会使制备过程更加复杂，还会降低复合材料的局部强度；聚偏二氟乙烯及其共聚物可以实现大面积覆盖并很好地适应曲面，但其压电系数通常较低，导致灵敏度较低。因此，迫切需要研发能兼具灵活性(对弯曲结构的适应性)、重量(对检查结构的附加质量较低)、体积(对检查结构的机械性能造成可忽略的退化)等性能的新型传感器。

柔性振动传感器是将振动转换为检测信号，可以应用于语音识别、方位测定和测距中，是力学传感器的一种。

发明内容

本发明的目的在于，针对背景技术现有力学传感器存在的问题，提出了一种具有压阻效应的柔性振动传感器及其制备方法、在方位测定中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有压阻效应的柔性振动传感器，所述柔性振动传感器包括敏感材料和导电电极，其特征在于，所述敏感材料包括碳纳米管膜、以及附着于碳纳米管膜上的氧化锌颗粒，其中，所述碳纳米管膜的厚度为50～80μm，氧化锌颗粒尺寸为200～500nm，碳纳米管与氧化锌的质量比为(12～15):1。

进一步地，所述敏感材料是通过原子层沉积技术(ALD)在表面等离子体处理后的碳纳米管膜上沉积氧化锌得到的。

一种具有压阻效应的柔性振动传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用化学气相沉积法制备碳纳米管膜，并进行等离子体处理；

步骤2、采用原子层沉积技术在步骤1处理后的碳纳米管膜上沉积氧化锌层；以二乙基锌为锌源，去离子水为氧源，沉积温度140～160℃，循环次数为100～500；其中，一次循环包括：二乙基锌脉冲0.02s～0.03s，氮气清洗8～10s，去离子水脉冲0.02s～0.04s，氮气清洗8～10s；

步骤3、制备电极，得到所述柔性振动传感器。

进一步地，所述碳纳米管膜的厚度为50～80微米。

进一步地，步骤1所述等离子体处理的功率为290～320W，空气气压为10～50Pa，时间为10～15min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种具有压阻效应的柔性振动传感器，其敏感材料包括碳纳米管膜以及附着于碳纳米管膜上的氧化锌颗粒。一方面，底层的碳纳米管膜具有三维导电网络结构，撞击引起的物体振动导致敏感材料表面振动而发生形变，进而改变碳纳米管的三维导电网络的电阻；另一方面，氧化锌具有压阻效应，撞击引起的物体振动也能引起氧化锌层的电阻变化，有效增强了振动传感器的灵敏度。