一種應(yīng)力定位傳感器及其制作方法、應(yīng)力定位方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種應(yīng)力定位傳感器及其制作方法、應(yīng)力定位方法，無需使用集成技術(shù)就可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位。所述應(yīng)力定位傳感器包括：相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)基底、導(dǎo)電層和電極，且每個(gè)電極覆蓋與其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層的一端；兩個(gè)基底上設(shè)置的所述電極之間設(shè)置有絕緣膠。所述制作方法包括：提供兩個(gè)基底；在每個(gè)基底上均形成導(dǎo)電層；在每個(gè)基底上的導(dǎo)電層上形成電極，每個(gè)電極覆蓋與其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層的一端；將兩個(gè)基底相對(duì)設(shè)置，并使用絕緣膠將兩個(gè)電極粘合。所述應(yīng)力定位方法包括：獲取待測(cè)試應(yīng)力作用所述應(yīng)力定位傳感器后，測(cè)得的電流；查詢預(yù)設(shè)的距離與電流之間的映射關(guān)系表，獲取所述待測(cè)試應(yīng)力的作用位置。本發(fā)明適用于力電傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【專利說明】
一種應(yīng)力定位傳感器及其制作方法、應(yīng)力定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及力電傳感技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種應(yīng)力定位傳感器及其制作方法、應(yīng)力定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]應(yīng)力傳感器是目前工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天等眾多行業(yè)。
[0003]傳統(tǒng)的應(yīng)力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主，以彈性元件的形變指示應(yīng)力，但這種結(jié)構(gòu)尺寸大、質(zhì)量重，不能提供電學(xué)輸出。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體應(yīng)力傳感器也應(yīng)運(yùn)而生。其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、準(zhǔn)確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體傳感器向著微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高。然而這些應(yīng)力傳感器均只能反饋應(yīng)力的大小幅值，并不能同時(shí)反饋應(yīng)力作用的位置，這使得應(yīng)力傳感器的應(yīng)用前景受到極大的限制。
[0004]近年來，隨著新材料與新原理的涌現(xiàn)，具有定位功能的應(yīng)力傳感器受到廣泛重視并取得初步研究結(jié)果?，F(xiàn)有技術(shù)中，具有定位功能的應(yīng)力傳感器為采用PVDF(Polyvinylidene fluoride，聚偏氟乙稀)和銅質(zhì)小球形成的組合系統(tǒng)，其利用二者摩擦發(fā)電的原理實(shí)現(xiàn)銅質(zhì)小球的二維定位?；蛘?，采用橫豎交錯(cuò)的上下液態(tài)金屬電極板，也可實(shí)現(xiàn)二維應(yīng)力定位的功能。但發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，這些研究工作都建立在多個(gè)器件集成的原理上，而集成就無法避免得需要考慮復(fù)雜的外接線路以及相應(yīng)的信號(hào)問題，非常不利于實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)力定位傳感器及其制作方法、應(yīng)力定位方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的需要使用集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位、外接電路復(fù)雜問題。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種應(yīng)力定位傳感器，包括:
[0007]相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)基底；
[0008]每個(gè)基底的朝向另一個(gè)基底的一面上依次層疊設(shè)置有導(dǎo)電層和電極，且每個(gè)電極覆蓋與其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層的一端；
[0009]兩個(gè)基底上設(shè)置的所述電極之間設(shè)置有絕緣膠。
[0010]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電層為石墨烯薄膜；
[0011]所述基底為PET薄膜；
[0012]所述電極為銅電極；
[0013]所述絕緣膠為透明絕緣膠。
[0014]進(jìn)一步地，所述石墨烯薄膜具有一個(gè)原子層。
[0015]進(jìn)一步地，所述基底的厚度為ΙΟΟμπι?180μπι;
[0016]所述導(dǎo)電層2的厚度為0.4nm?lnm;
[0017]所述電極3和絕緣膠4的厚度之和為120μπι?200μπι。
[0018]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種應(yīng)力定位傳感器的制造方法，用于制作權(quán)利要求上述任一項(xiàng)所述的應(yīng)力定位傳感器，所述制作方法包括:
[0019]提供兩個(gè)基底；
[0020]在每個(gè)基底上均形成導(dǎo)電層；
[0021]在每個(gè)基底上的導(dǎo)電層上形成電極，每個(gè)電極覆蓋與其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層的一端；
[0022]將兩個(gè)基底相對(duì)設(shè)置，并使用絕緣膠將兩個(gè)電極粘合。
[0023]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電層為石墨烯薄膜，石墨烯薄膜具有一個(gè)原子層；
[0024]所述在每個(gè)基底上形成導(dǎo)電層包括:
[0025]采用化學(xué)氣相沉積法在預(yù)備的銅箔上生長(zhǎng)所述石墨烯薄膜；
[0026]將所述石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至基底上，作為導(dǎo)電層。
[0027]進(jìn)一步地，所述采用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長(zhǎng)石墨烯薄膜包括:
[0028]步驟一、將預(yù)備的銅箔清洗吹干后水平放置在管式爐中的石英管中；
[0029]步驟二、將所述石英管中的氣壓抽至預(yù)設(shè)氣壓；
[0030]步驟三、向所述石英管中通入氫氣；
[0031 ]步驟四、將所述銅箔加熱至其熱退火溫度，并保溫；
[0032]步驟五、向所述石英管中通入甲烷；
[0033]步驟六、使所述石英管保溫；
[0034]步驟七、將所述石英管冷卻至室溫，通入氬氣至常壓，取出附著有所述石墨烯薄膜的所述銅箔。
[0035]進(jìn)一步地，所述將所述石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至基底上包括:
[0036]在附著有所述石墨烯薄膜的銅箔上涂覆PMMA膠，在所述PMMA膠固化后，得到PMMA膠/石墨烯薄膜/銅箔的多層結(jié)構(gòu)；
[0037]使用過硫酸銨溶液刻蝕所述銅箔，得到表面附著有所述PMMA膠的所述石墨烯薄膜；
[0038]利用PET薄膜對(duì)表面附著有所述PMMA膠的所述石墨烯薄膜進(jìn)行打撈，得到PMMA膠/石墨烯薄膜/PET薄膜的多層結(jié)構(gòu)；
[0039]利用丙酮溶液去除所述PMMA膠，得到石墨烯薄膜/PET薄膜的雙層結(jié)構(gòu)。
[°04°]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種應(yīng)力定位方法，應(yīng)用權(quán)利要求上述任一項(xiàng)所述的應(yīng)力定位傳感器，所述應(yīng)力定位方法包括:
[0041]獲取待測(cè)試應(yīng)力作用所述應(yīng)力定位傳感器后，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流；
[0042]查詢預(yù)設(shè)的距離與電流之間的映射關(guān)系表，獲取所述待測(cè)試應(yīng)力的作用位置；
[0043]其中，所述映射關(guān)系表中的電流為應(yīng)力作用所述應(yīng)力定位傳感器后，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流，所述映射關(guān)系表中的距離為應(yīng)力作用位置與電極之間的距離。
[0044]進(jìn)一步地，所述查詢預(yù)設(shè)的距離與電流之間的映射關(guān)系表之前，包括:
[0045]將電極所在位置設(shè)定為原點(diǎn)；
[0046]選取與所述原點(diǎn)之間距離不同的多個(gè)采樣點(diǎn)；
[0047]在兩個(gè)電極之間施加固定電壓，獲取在各采樣點(diǎn)上施加相同大小的應(yīng)力時(shí)，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流；
[0048]根據(jù)各采樣點(diǎn)與所述原點(diǎn)之間的距離，并結(jié)合獲取的在各采樣點(diǎn)上施加相同大小的應(yīng)力時(shí)，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流，建立所述距離與電流之間的映射關(guān)系表。
[0049]本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0050]上述方案中，通過應(yīng)力定位傳感器測(cè)試應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力作用位置的不同會(huì)使得通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流的大小不同，進(jìn)而可以依據(jù)所述電流的大小即可確定應(yīng)力的作用位置，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位，因此，能夠達(dá)到不需要使用集成技術(shù)就可以對(duì)應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，且所述應(yīng)力定位傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝精簡(jiǎn)、定位精確高，適于可穿戴電子設(shè)備中的應(yīng)力作用位置的探測(cè)，具有重大的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
【附圖說明】
[0051 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的應(yīng)力定位傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的應(yīng)力定位傳感器的制造方法的流程示意圖；
[0053]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的石墨烯薄膜的Raman圖；
[0054]圖4為本發(fā)明實(shí)施例三提供的應(yīng)力定位傳感器的電阻與位移的響應(yīng)特性曲線示意圖；
[0055]圖5為本發(fā)明實(shí)施例三提供的應(yīng)力定位傳感器的電阻與時(shí)間的響應(yīng)特性曲線示意圖；
[0056]圖6為本發(fā)明實(shí)施例四提供的應(yīng)力定位方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0058]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的需要使用集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位、外接電路復(fù)雜的問題，提供一種應(yīng)力定位傳感器及其制作方法、應(yīng)力定位方法。
[0059]實(shí)施例一
[0060]如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的應(yīng)力定位傳感器，包括:
[0061]相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)基底I;
[0062]每個(gè)基底I的朝向另一個(gè)基底I的一面上依次層疊設(shè)置有導(dǎo)電層2和電極3，且每個(gè)電極3僅覆蓋與其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層2的一端；
[0063]兩個(gè)基底上設(shè)置的所述電極3之間設(shè)置有絕緣膠4。
[0064]本發(fā)明實(shí)施例中，使用所述應(yīng)力定位傳感器測(cè)量應(yīng)力時(shí)的連接方式如下:以石墨烯薄膜作為導(dǎo)電層2，以導(dǎo)電層2中間的空氣薄層作為絕緣介質(zhì)層，從兩個(gè)電極3各引出一個(gè)外電路金屬引線，構(gòu)成的應(yīng)力定位傳感器可以將施加于基底I上的應(yīng)力作用位置與電極間的距離轉(zhuǎn)換成因有效長(zhǎng)度變化而引起的電阻變化，具體為，應(yīng)力定位傳感器在非工作狀態(tài)時(shí)(即未受到應(yīng)力作用時(shí))為斷路模式，電阻接近無窮大，在一個(gè)基底上施加一定應(yīng)力后，在應(yīng)力作用下，上下兩導(dǎo)電層彼此接觸，兩個(gè)電極之間導(dǎo)通，形成回路，隨著施加應(yīng)力的位置逐漸遠(yuǎn)離電極，應(yīng)力定位傳感器的電阻值線性增大，從而使得在使用所述應(yīng)力定位傳感器測(cè)試應(yīng)力的過程中，應(yīng)力作用位置的不同會(huì)使得所述應(yīng)力定位傳感器的電阻不同，進(jìn)而使得在固定電壓的作用下，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流的大小不同，進(jìn)而可以依據(jù)所述電流的大小確定應(yīng)力的作用位置，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位，因此，能夠達(dá)到不需要使用集成技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位的目的。
[0065]本發(fā)明實(shí)施例中，為了更好地說明有效長(zhǎng)度的含義，將兩個(gè)基底I分別用第一基底和第二基底表示;所述有效長(zhǎng)度指第一基底上應(yīng)力的作用點(diǎn)、第一基底上的電極處、第二基底上的電極處與第二基底上應(yīng)力的作用點(diǎn)的各段長(zhǎng)度之和，這段總長(zhǎng)度是所述應(yīng)力定位傳感器工作狀態(tài)時(shí)電流流過的有效路徑，即有效長(zhǎng)度，所述有效長(zhǎng)度等于所述應(yīng)力定位傳感器工作時(shí)接入電路的真正起電阻作用的導(dǎo)電層長(zhǎng)度。在理論上，所述有效路徑的長(zhǎng)度<第一基底與第二基底上導(dǎo)電層(石墨烯薄膜)的長(zhǎng)度和，且所述有效長(zhǎng)度的數(shù)值隨著應(yīng)力作用點(diǎn)的改變而改變。
[0066]本發(fā)明實(shí)施例中，由于石墨烯薄膜作為導(dǎo)電性優(yōu)異的柔性電子材料，可以實(shí)現(xiàn)單軸應(yīng)力定位;且石墨烯薄膜具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，優(yōu)異的導(dǎo)電性以及透明超薄的特性。因此，作為一可選實(shí)施例，所述導(dǎo)電層3可以為石墨烯薄膜。
[0067]本發(fā)明實(shí)施例中，所述石墨烯薄膜可以具有一個(gè)原子層，也可以具有多個(gè)原子層，當(dāng)石墨烯薄膜具有一個(gè)原子層時(shí)，不同位置的石墨烯薄膜的厚度較為均一，當(dāng)石墨烯薄膜具有多個(gè)原子層時(shí)，不同位置的石墨烯薄膜的厚度之間的存在一定的差別，因此，本發(fā)明實(shí)施例中，作為又一可選實(shí)施例，可以選用具有一個(gè)原子層的石墨烯薄膜，以使得應(yīng)力定位傳感器具有最佳的性能。
[0068]本發(fā)明實(shí)施例中，具體的，具有一個(gè)原子層的石墨烯薄膜的載流子迀移率為2X105cm2.V—1.s—1，透光率為97.7%，石墨烯的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到130GPa，是已測(cè)試材料中最高的，且平面的石墨烯晶體更容易使用常規(guī)加工技術(shù)，為制作各種納米器件帶來了極大的靈活性。并且，石墨烯的大量制備也取得了重要進(jìn)展，直接用化學(xué)氣相沉積(Chemical VaporDeposit1n，CVD)方法合成單層和若干層的石墨稀薄膜(例如，石墨稀透明導(dǎo)電薄膜)技術(shù)已經(jīng)十分成熟。
[0069]本發(fā)明實(shí)施例中，作為再一可選實(shí)施例，所述基底I可以為PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)薄膜，電極3可以為銅電極，絕緣膠4可以為透明絕緣膠，從而使得應(yīng)力定位傳感器為柔性透明應(yīng)力定位傳感器，更有利于該應(yīng)力定位傳感器的集成和應(yīng)用。
[0070]本發(fā)明實(shí)施例中，作為又一可選實(shí)施例，所述基底I的厚度為ΙΟΟμπι?180μπι，導(dǎo)電層2的厚度為0.4nm?lnm，電極3和絕緣膠4的厚度之和為120μπι?200μπιο
[0071]由于本發(fā)明實(shí)施例中的應(yīng)力定位傳感器具有如上所述的結(jié)構(gòu)，從而使得使用該應(yīng)力定位傳感器測(cè)試應(yīng)力的過程中，應(yīng)力作用位置的不同會(huì)使得所述應(yīng)力定位傳感器的電阻不同，進(jìn)而使得在固定電壓的作用下，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流的大小不同，進(jìn)而可以依據(jù)所述電流的大小即可確定應(yīng)力的作用位置，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位，因此，達(dá)到不需要使用集成技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位的目的，且所述應(yīng)力定位傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝精簡(jiǎn)、定位精確高，適于可穿戴電子設(shè)備中的應(yīng)力作用位置的探測(cè)，具有重大的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
[0072]另外，本發(fā)明實(shí)施例中的應(yīng)力定位傳感器還具有低成本、高靈敏度且專一傳感的功能，擴(kuò)大了碳納米材料在傳感器件領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0073]實(shí)施例二
[0074]本發(fā)明實(shí)施例提供一種應(yīng)力定位傳感器的制造方法，用于制作以上所述的應(yīng)力定位傳感器，如圖2所示，所述應(yīng)力定位傳感器的制造方法包括:
[0075]SI 1、提供兩個(gè)基底。
[0076]S12、在每個(gè)基底上均形成導(dǎo)電層；
[0077]本發(fā)明實(shí)施例中，作為一可選實(shí)施例，所述導(dǎo)電層為石墨烯薄膜，石墨烯薄膜具有一個(gè)原子層；
[0078]本發(fā)明實(shí)施例中，作為又一可選實(shí)施例，所述在每個(gè)基底上形成導(dǎo)電層具體可以包括:
[0079]采用化學(xué)氣相沉積法在預(yù)備的銅箔上生長(zhǎng)所述石墨烯薄膜；
[0080]將所述石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至基底上，所述石墨烯薄膜作為導(dǎo)電層。
[0081]本發(fā)明實(shí)施例中，作為再一可選實(shí)施例，所述采用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長(zhǎng)所述石墨烯薄膜具體可以包括:
[0082]步驟一、將預(yù)備的銅箔清洗吹干后水平放置在管式爐中的石英管中；
[0083]步驟二、將所述石英管中的氣壓抽至預(yù)設(shè)氣壓；
[0084]步驟三、向所述石英管中通入氫氣；
[0085]步驟四、將所述銅箔加熱至其熱退火溫度，并保溫；
[0086]步驟五、向所述石英管中通入甲烷；
[0087]步驟六、使所述石英管保溫；
[0088]步驟七、將所述石英管冷卻至室溫，通入氬氣至常壓，取出附著有所述石墨烯薄膜的所述銅箔。
[0089]本發(fā)明實(shí)施例中，可選地，所述銅箔的長(zhǎng)度可以為4cm、寬度可以為2cm、厚度可以為25μπι，所述預(yù)設(shè)氣壓可以為20Pa，所述氫氣的流量可以為20sCCm，所述銅箔的熱退火溫度可以為1000°C，所述銅箔在其熱退火溫度的保溫時(shí)間可以為15min，所述甲烷的流量可以為5sccm,所述石英管的保溫溫度可以為1000°C，所述石英管的保溫時(shí)間可以為30min，所述氬氣的流量可以為500s ccm。所述參數(shù)可以制作具有一個(gè)原子層的石墨稀薄膜，其對(duì)應(yīng)的Raman曲線如圖3所示。
[0090]本發(fā)明實(shí)施例中，可選地，所述甲烷氣體的純度可以為99.99%,所述銅箔的純度可以為99.8%。
[0091]本發(fā)明實(shí)施例中，作為又一可選實(shí)施例，所述將所述石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至基底上的具體步驟可以包括:
[0092]在附著有所述石墨烯薄膜的銅箔上涂覆PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)膠，在所述PMMA膠固化后，得到PMMA膠/石墨烯薄膜/銅箔的多層結(jié)構(gòu);其中，PMMA的固化方式可以為:在65°C常壓下烘干25分鐘。
[0093]使用過硫酸銨溶液刻蝕所述銅箔，得到表面附著有所述PMMA膠的所述石墨烯薄膜；
[0094]利用PET薄膜對(duì)表面附著有所述PMMA膠的所述石墨烯薄膜進(jìn)行打撈，得到PMMA膠/石墨烯薄膜/PET薄膜的多層結(jié)構(gòu)；
[0095]利用丙酮溶液去除所述PMMA膠，得到石墨烯薄膜/PET薄膜的雙層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)所述石墨烯薄膜的轉(zhuǎn)移;其中，丙酮溶液的濃度為99.5%。
[0096]本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步地，可對(duì)以上得到的石墨稀薄膜/PET薄膜的雙層結(jié)構(gòu)進(jìn)行剪裁，得到合適的尺寸。
[0097]S13、在每個(gè)基底上的導(dǎo)電層上均形成電極，每個(gè)電極僅覆蓋與其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層的一端。
[0098]S14、將兩個(gè)基底相對(duì)設(shè)置，并使用絕緣膠將兩個(gè)電極粘合。
[0099]需要說明的是，在本發(fā)明實(shí)施例中的其他細(xì)節(jié)，可以參照實(shí)施例一。
[0100]本發(fā)明實(shí)施例中的應(yīng)力定位傳感器的制造方法的有益效果與上述應(yīng)力定位傳感器的有益效果相同，此處不再進(jìn)行贅述。
[0101]實(shí)施例三
[0102]為了便于進(jìn)一步理解實(shí)施例二，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種具體的應(yīng)力定位傳感器的制作過程，該制作過程包括:
[0103]I)將25μπι厚的銅箔剪裁成2X4cm2的方形，分別用冰醋酸、去離子水和乙醇沖洗后烘干。將準(zhǔn)備好的方形銅箔作為化學(xué)氣相沉積的催化劑放入管式爐中，在20Pa低壓下，氫氣流量20sccm，升溫至1000°C，還原15分鐘后，通入甲烷，流量為5sccm，反應(yīng)時(shí)間30分鐘，停止甲烷，在氫氣和氬氣保護(hù)下降溫，冷卻至室溫后取出樣品。
[0104]2)將PMMA膠旋涂于長(zhǎng)有石墨烯薄膜的銅箔上，得PMMA/石墨烯/銅箔的多層結(jié)構(gòu)，并置于65 Γ烘箱中烘干25分鐘。
[0105]3)將烘干冷卻后的多層結(jié)構(gòu)漂浮于0.5M的過硫酸銨溶液，待下表面銅箔刻蝕完畢后用PET薄膜撈起并放置于65 °C恒溫箱中烘干。
[0106]4)刻蝕后得PMMA/石墨烯/PET三明治層狀結(jié)構(gòu)，放入丙酮溶液浸泡8小時(shí)后去除上層PMMA膠，將得到的樣品用乙醇洗凈后烘干裁剪備用。
[0107]5)用直流濺射的銅為電極，制作完成該應(yīng)力定位傳感器。
[0108]本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步地，可以在兩個(gè)電極上通過導(dǎo)線連接到外電路，利用SCS-4200半導(dǎo)體性能測(cè)試儀和循環(huán)加力裝置對(duì)該應(yīng)力定位傳感器進(jìn)行應(yīng)力、位移等電學(xué)性能的測(cè)試。上述應(yīng)力定位傳感器在非工作狀態(tài)時(shí)(即未受到應(yīng)力作用時(shí))為斷路模式，電阻接近無窮大，在一個(gè)基底上施加一定應(yīng)力后，傳感器上下兩層石墨烯彼此接觸，兩個(gè)電極之間導(dǎo)通，電阻減小至數(shù)量級(jí)為103?104 Ω，隨著施加應(yīng)力的位置逐漸遠(yuǎn)離電極，應(yīng)力定位傳感器的電阻值線性增大，當(dāng)施加應(yīng)力的作用位置與電極處的距離增加到25mm時(shí)，應(yīng)力定位傳感器的電阻增大4倍，由圖4和圖5可知，此應(yīng)力定位傳感器對(duì)應(yīng)力作用位置的分辨率為455.09Ω.mm—S響應(yīng)時(shí)間為0.3ms，定位精度高，響應(yīng)速度快。
[0109]實(shí)施例四
[0110]如圖6所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種應(yīng)力定位方法，在該應(yīng)力定位方法中應(yīng)用如上所述的應(yīng)力定位傳感器，具體地，所述應(yīng)力定位方法包括:
[0111]S21，獲取待測(cè)試應(yīng)力作用所述應(yīng)力定位傳感器后，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流；
[0112]S22，查詢預(yù)設(shè)的距離與電流之間的映射關(guān)系表，獲取所述待測(cè)試應(yīng)力的作用位置，從而實(shí)現(xiàn)所述待測(cè)試應(yīng)力的實(shí)時(shí)定位；
[0113]其中，所述映射關(guān)系表中的電流為應(yīng)力作用所述應(yīng)力定位傳感器后，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流，所述映射關(guān)系表中的距離為應(yīng)力作用位置與電極之間的距離。
[0114]本發(fā)明實(shí)施例中，作為一可選實(shí)施例，所述查詢預(yù)設(shè)的距離與電流之間的映射關(guān)系表之前，包括:
[0115]將電極所在位置設(shè)定為原點(diǎn)；
[0116]選取與所述原點(diǎn)之間距離不同的多個(gè)采樣點(diǎn)；
[0117]在兩個(gè)電極之間施加固定電壓，獲取在各采樣點(diǎn)上施加相同大小的應(yīng)力時(shí)，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流；
[0118]根據(jù)各采樣點(diǎn)與所述原點(diǎn)之間的距離，并結(jié)合獲取的在各采樣點(diǎn)上施加相同大小的應(yīng)力時(shí)，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流，建立所述距離與電流之間的映射關(guān)系表。
[0119]本發(fā)明實(shí)施例中的應(yīng)力定位方法的有益效果與上述應(yīng)力定位傳感器的有益效果相同，此處不再進(jìn)行贅述。
[0120]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種應(yīng)力定位傳感器，其特征在于，包括: 相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)基底； 每個(gè)基底的朝向另一個(gè)基底的一面上依次層疊設(shè)置有導(dǎo)電層和電極，且每個(gè)電極覆蓋與其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層的一端； 兩個(gè)基底上設(shè)置的所述電極之間設(shè)置有絕緣膠。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)力定位傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)電層為石墨烯薄膜； 所述基底為PET薄膜； 所述電極為銅電極； 所述絕緣膠為透明絕緣膠。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)力定位傳感器，其特征在于，所述石墨烯薄膜具有一個(gè)原子層。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)力定位傳感器，其特征在于，所述基底的厚度為ΙΟΟμπι?180ym; 所述導(dǎo)電層2的厚度為0.4nm?lnm; 所述電極3和絕緣膠4的厚度之和為120μπι?200μπι。5.—種應(yīng)力定位傳感器的制造方法，其特征在于，用于制作權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的應(yīng)力定位傳感器，所述制作方法包括: 提供兩個(gè)基底； 在每個(gè)基底上均形成導(dǎo)電層； 在每個(gè)基底上的導(dǎo)電層上形成電極，每個(gè)電極覆蓋與其對(duì)應(yīng)的導(dǎo)電層的一端； 將兩個(gè)基底相對(duì)設(shè)置，并使用絕緣膠將兩個(gè)電極粘合。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)力定位傳感器的制造方法，其特征在于，所述導(dǎo)電層為石墨烯薄膜，石墨烯薄膜具有一個(gè)原子層； 所述在每個(gè)基底上形成導(dǎo)電層包括: 采用化學(xué)氣相沉積法在預(yù)備的銅箔上生長(zhǎng)所述石墨烯薄膜； 將所述石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移至基底上，作為導(dǎo)電層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)力定位傳感器的制造方法，其特征在于，所述采用化學(xué)氣相沉積法在銅箔上生長(zhǎng)石墨烯薄膜包括: 步驟一、將預(yù)備的銅箔清洗吹干后水平放置在管式爐中的石英管中； 步驟二、將所述石英管中的氣壓抽至預(yù)設(shè)氣壓； 步驟三、向所述石英管中通入氫氣； 步驟四、將所述銅箔加熱至其熱退火溫度，并保溫； 步驟五、向所述石英管中通入甲烷； 步驟六、使所述石英管保溫； 步驟七、將所述石英管冷卻至室溫，通入氬氣至常壓，取出附著有所述石墨烯薄膜的所述銅箔。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)力定位傳感器的制造方法，其特征在于，所述將所述石墨稀薄膜轉(zhuǎn)移至基底上包括: 在附著有所述石墨烯薄膜的銅箔上涂覆PMMA膠，在所述PMMA膠固化后，得到PMMA膠/石墨烯薄膜/銅箔的多層結(jié)構(gòu)； 使用過硫酸銨溶液刻蝕所述銅箔，得到表面附著有所述PMMA膠的所述石墨烯薄膜； 利用PET薄膜對(duì)表面附著有所述PMMA膠的所述石墨烯薄膜進(jìn)行打撈，得到PMMA膠/石墨烯薄膜/PET薄膜的多層結(jié)構(gòu)； 利用丙酮溶液去除所述PMMA膠，得到石墨烯薄膜/PET薄膜的雙層結(jié)構(gòu)。9.一種應(yīng)力定位方法，其特征在于，應(yīng)用權(quán)利要求1?4任一項(xiàng)所述的應(yīng)力定位傳感器，所述應(yīng)力定位方法包括: 獲取待測(cè)試應(yīng)力作用所述應(yīng)力定位傳感器后，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流； 查詢預(yù)設(shè)的距離與電流之間的映射關(guān)系表，獲取所述待測(cè)試應(yīng)力的作用位置； 其中，所述映射關(guān)系表中的電流為應(yīng)力作用所述應(yīng)力定位傳感器后，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流，所述映射關(guān)系表中的距離為應(yīng)力作用位置與電極之間的距離。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)力定位方法，其特征在于，所述查詢預(yù)設(shè)的距離與電流之間的映射關(guān)系表之前，包括: 將電極所在位置設(shè)定為原點(diǎn)； 選取與所述原點(diǎn)之間距離不同的多個(gè)采樣點(diǎn)； 在兩個(gè)電極之間施加固定電壓，獲取在各采樣點(diǎn)上施加相同大小的應(yīng)力時(shí)，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流； 根據(jù)各采樣點(diǎn)與所述原點(diǎn)之間的距離，并結(jié)合獲取的在各采樣點(diǎn)上施加相同大小的應(yīng)力時(shí)，通過所述應(yīng)力定位傳感器的電流，建立所述距離與電流之間的映射關(guān)系表。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK105910737SQ201610516121
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年7月1日
【發(fā)明人】齊俊杰, 徐旻軒, 張躍, 廖新勤, 劉碩, 陳峰嶺, 顧有松, 廖慶亮, 閆小琴
【申請(qǐng)人】北京科技大學(xué)