一種基于超長碲微米線的柔性應(yīng)變傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感裝置，尤其涉及一種基于超長半導(dǎo)體碲微米線的柔性應(yīng)變傳感器。
[0002]
【背景技術(shù)】
應(yīng)變傳感器被廣泛應(yīng)用在微電機(jī)系統(tǒng)，材料損傷檢測，生命科學(xué)等。主要利用的是材料的壓阻效應(yīng)和壓電效應(yīng)。壓阻效應(yīng)是指材料在受到壓力的時(shí)候，電阻發(fā)生變化。壓電效應(yīng)是由于受壓力后，電荷的極化產(chǎn)生電壓。壓電材料主要檢測電壓，但是往往電壓很小，而且還要施加很大的壓應(yīng)力。壓阻材料中主要用半導(dǎo)體材料，導(dǎo)電性較好的半導(dǎo)體材料，在受到壓應(yīng)力的時(shí)候，電阻變化，電流信號容易被檢測。
[0003]碲(Te)是一種p型元素半導(dǎo)體材料，其是導(dǎo)電性最好的非金屬材料，能帶寬度極小，容易在外界物理?xiàng)l件下，發(fā)生電阻的轉(zhuǎn)變。一維取向的碲材料可以通過水熱法合成。有很多學(xué)者成功合成了碲納米線或納米棒，本發(fā)明合成了超長的碲微米線，利用其半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)，制備成功應(yīng)變傳感器。
[0004]壓阻材料是在受到壓應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生電阻的變化，如氧化鋅，氮化鎵等材料。碲能帶寬度較這些材料小，導(dǎo)電性也較這些材料好。其可以在很小的電壓下就可以檢測出有無電流變化，從而確定應(yīng)變的發(fā)生。在微電機(jī)系統(tǒng)和材料的損傷檢測，測力，重量中都可以發(fā)揮更好的用處。
[0005]現(xiàn)有的電阻應(yīng)變片的基本構(gòu)造一般由敏感柵、基底、蓋片、引線等組成。敏感柵由高電阻系數(shù)的細(xì)絲彎曲而成柵狀，是電阻應(yīng)變片感受構(gòu)件應(yīng)變的敏感部分。裝置復(fù)雜，成本較高。并且對應(yīng)變的方向有嚴(yán)格要求，需要在一定方向上使敏感柵發(fā)生形變，而且形變變化量要求高。本發(fā)明的柔性應(yīng)變傳感器，在發(fā)生壓縮應(yīng)變和拉伸應(yīng)變，以及從各個(gè)方向只要有應(yīng)變發(fā)生，均有電流的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，而提供一種檢測微小應(yīng)變的柔性應(yīng)變傳感器。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種柔性應(yīng)變傳感器，該柔性應(yīng)變傳感器包括柔性聚合物基體，設(shè)置在所述性聚合物基體上的主體材料，以及主體材料的兩端電極和封裝材料，其中，所述主體材料是采用水熱法合成單根超長的碲半導(dǎo)體微米線，長度在1-5個(gè)毫米，直徑為30-50個(gè)微米；所述電極為銀漿或?qū)щ娔z。
[0008]進(jìn)一步，所述封裝材料為環(huán)氧樹脂或聚二甲基硅氧烷。
[0009]進(jìn)一步，所述柔性聚合物基體為聚乙烯PS，聚丙烯PP或聚偏氟乙烯PVDF。
[0010]進(jìn)一步，所述采用水熱法合成單根超長的碲半導(dǎo)體微米線的具體步驟如下:
步驟1.將0.0Olmol的二氧化碲或碲酸鈉溶于30ml的濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液中置于燒杯中，得到A混合液，備用；
步驟2.將0.15g的硼氣化鈉或硼氣化鉀溶于30ml的濃度為lmol/L的氣氧化鈉溶液中，置于燒杯中，加入0.5g十二烷基磺酸鈉，充分?jǐn)嚢瑁玫紹混合液，備用；
步驟3.將A混合液與B混合液混合后，充分?jǐn)嚢瑁谷?00ml聚四氟乙烯的內(nèi)襯中，力口入去離子水稀釋到80ml，蓋上蓋，放入不銹鋼反應(yīng)釜中，在溫度為175°C _185°C反應(yīng)20-24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，洗滌，過濾，干燥得到碲微米線。
[0011]本發(fā)明具有以下效果:
1)本發(fā)明所提供的測試裝置可以實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下，發(fā)生的微小應(yīng)變進(jìn)行檢測，并實(shí)時(shí)判斷應(yīng)變的增減。
[0012]2)本發(fā)明所提供的應(yīng)變傳感材料制備簡單，成本較低。加入量均是適用于容積為100ml的聚四氟乙烯的內(nèi)襯。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明中單根半導(dǎo)體碲微米線電子顯微鏡圖片。
[0015]圖2為本發(fā)明柔性應(yīng)變傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明柔性應(yīng)變傳感器實(shí)施應(yīng)變時(shí)的電流響應(yīng)曲線。
[0017]圖中:
1.超長單根碲微米線，2.封裝材料，3.電極材料，4.柔性聚合物基體。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]本發(fā)明中超長的碲微米線用水熱法制備，步驟1.將0.0Olmol的二氧化碲溶于30ml的濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液中置于燒杯中，得到A混合液，備用；
步驟2.將0.15g的硼氣化鈉溶于30ml的濃度為lmol/L的氣氧化鈉溶液中，置于燒杯中，加入0.5g十二烷基磺酸，充分?jǐn)嚢瑁玫紹混合液，備用；
步驟3.將A混合液與B混合液混合后，充分?jǐn)嚢?，倒?00ml聚四氟乙烯的內(nèi)襯中，力口入去離子水稀釋到80ml,蓋上蓋,放入不銹鋼反應(yīng)爸中，在溫度為185°C反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，洗滌，過濾，干燥得到碲微米線。附圖1即為產(chǎn)物的掃描電鏡圖，其長度在3毫米，直徑為30微米。
[0020]步驟1.將0.0Olmol的碲酸鈉溶于30ml的濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液中置于燒杯中，得到A混合液，備用；
步驟2.將0.15g的硼氫<化鉀溶于30ml的濃度為lmol/L的氣氧化鈉溶液中，置于燒杯中，加入0.5g十二烷基磺酸，充分?jǐn)嚢?，得到B混合液，備用；
步驟3.將A混合液與B混合液混合后，充分?jǐn)嚢?，倒?00ml聚四氟乙烯的內(nèi)襯中，力口入去離子水稀釋到80ml，蓋上蓋，放入不銹鋼反應(yīng)釜中，在溫度為175°C反應(yīng)20小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，洗滌，過濾，干燥得到碲微米線。
[0021 ] 本發(fā)明的柔性應(yīng)變傳感器器件按照下述步驟制備?；w材料PS、PP、PVDF可以由熱壓相應(yīng)粉料制備。尺寸可以根據(jù)需要更改，本說明書中器件基體尺寸為40_X4_Xlmm。將超長的碲微米線用鑷子放置于聚合物基體材料上。兩端用電極材料如銀漿進(jìn)行粘接，并于100°C真空退火。之后用環(huán)氧樹脂或聚二甲基硅氧烷進(jìn)行常溫封裝。附圖2即為柔性應(yīng)變傳感器的示意圖。
[0022]本發(fā)明中的柔性應(yīng)變傳感器，接在電壓為IV的電路中，在受到應(yīng)變時(shí)，例如壓縮應(yīng)變時(shí)，由于壓阻效應(yīng)而電阻變小，其電流成倍增加，并且隨著應(yīng)變量的增大而增大，隨著應(yīng)變量的減小而減小。附圖3即為此柔性應(yīng)變傳感器發(fā)生應(yīng)變時(shí)的電流響應(yīng)曲線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于超長碲微米線的柔性應(yīng)變傳感器，其特征在于，該柔性應(yīng)變傳感器包括柔性聚合物基體，設(shè)置在所述性聚合物基體上的主體材料，以及主體材料的兩端電極和用于封裝的封裝材料，其中，所述主體材料是采用水熱法合成單根超長的碲半導(dǎo)體微米線，長度在1-5個(gè)毫米，直徑為30-50微米；所述電極為銀漿或?qū)щ娔z。2.如權(quán)利要求1所述的柔性應(yīng)變傳感器，其特征在于，所述封裝材料為環(huán)氧樹脂或聚二甲基硅氧烷。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性應(yīng)變傳感器，其特征在于:所述柔性聚合物基體為聚乙烯PS，聚丙烯PP或聚偏氟乙烯PVDF。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性應(yīng)變傳感器，其特征在于，所述采用水熱法合成單根超長的碲半導(dǎo)體微米線的具體步驟如下:步驟1.將0.0Olmol的二氧化碲或碲酸鈉溶于30ml的濃度為lmol/L的氫氧化鈉溶液中置于燒杯中，得到A混合液，備用； 步驟2.將0.15g的硼氣化鈉或硼氣化鉀溶于30ml的濃度為lmol/L的氣氧化鈉溶液中，置于燒杯中，加入0.5g十二烷基磺酸，充分?jǐn)嚢?，得到B混合液，備用； 步驟3.將A混合液與B混合液混合后，充分?jǐn)嚢瑁谷?00ml聚四氟乙烯的內(nèi)襯中，力口入去離子水稀釋到80ml，蓋上蓋，放入不銹鋼反應(yīng)釜中，在溫度為175°C _185°C反應(yīng)20-24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，洗滌，過濾，干燥得到碲微米線。
【專利摘要】本發(fā)明一種基于超長碲微米線的柔性應(yīng)變傳感器，包括傳感主體材料，封裝材料，電極和柔性聚合物基體。本發(fā)明采用的主體材料是單根超長的碲微米線，不同于以往的半導(dǎo)體材料，主要是在很小的電壓下，有應(yīng)變存在時(shí)電流響應(yīng)性高，適于檢測，而且采用柔性基體，可以實(shí)現(xiàn)很大的應(yīng)變范圍?？捎糜诓牧匣w損傷時(shí)的檢測，不同方向的壓應(yīng)力應(yīng)變檢測。
【IPC分類】G01B7/16
【公開號】CN105318822
【申請?zhí)枴緾N201410313150
【發(fā)明人】黨智敏, 梁濤, 查俊偉
【申請人】北京科技大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2014年7月2日