專利名稱：基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器及制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器、精密儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于單壁碳納米管陣列結(jié)構(gòu)的柔性壓阻式流場傳感器及其制作方法。
背景技術(shù)：
流速、迎角等流場傳感器在飛行器、巡飛器、船舶和潛艇上具有重要的應(yīng)用。傳統(tǒng)的壓阻式流場傳感器主要由硅等剛性半導(dǎo)體材料構(gòu)成，對被測物，特別是微小型飛行器的翼形會造成一定影響，或者采用開孔安裝的方法也會不利于機翼的強度。例如微型飛行器上測量空速常用的硅微型MEMS壓力傳感器無論采用在機翼上開孔安裝還是采用空速管結(jié)構(gòu)都會對機翼的翼型造成一定的影響。近年來，碳納米管的出現(xiàn)，由于其優(yōu)異的壓阻等敏感特性及極高的強度和韌性為研制柔性傳感器和智能蒙皮提供了新的思路。單壁碳納米管根據(jù)手性可分為半導(dǎo)體型、小能隙型和純金屬型。根據(jù)理論分析和實驗研究，小能隙單壁碳納米管具有最高的壓阻因子，而純金屬型單壁碳納米管的壓阻因子最低。目前碳納米管的制備工藝還不能精確控制碳納米管的手性，造成直接批量、低成本的制作高壓阻因子的小能隙型碳納米管傳感器具有很大難度。因此，目前國內(nèi)、外已有的一些關(guān)于碳納米管柔性壓阻傳感器的研究主要是采用碳納米管薄膜或者將碳納米管與聚合物組成復(fù)合結(jié)構(gòu)作為敏感單元，但無論是薄膜還是復(fù)合結(jié)構(gòu)，由于其中碳納米管是各種手性不同的混合體并且是無序地黏附于基底，造成目前碳納米管柔性壓阻傳感器的靈敏度不高，例如，美國Michigan大學的J. P. LYNCH等制作的碳納米管-聚合物薄膜應(yīng)變傳感器，其壓阻因子最高僅達到1.8。再如，美國Cincinnati大學的hpil Kang等制作的碳納米管薄膜(buckypaper)應(yīng)變傳感器，盡管采用了單壁碳納米管，但單壁碳納米管在基底上是隨機排布并粘附于基地上，且沒有對碳納米管進行過篩選處理，因此，導(dǎo)致其壓阻因子最高約為 7，靈敏度仍然很低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決上述技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，由于該傳感器中單壁碳納米管陣列與柔性基底間隔開設(shè)置，因此具有很高的靈敏度， 并具有尺寸小、柔韌性強以及功耗低的優(yōu)點。本發(fā)明的另一目的在于提出一種基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法，該方法利用柔性基底易彎曲的特點提出一種彎曲介電泳等方法實現(xiàn)單壁碳納米管以陣列、處于拉伸狀態(tài)設(shè)置在電極對上，且與柔性基底間隔開的制作工藝，并可通過篩選的后處理方法提高傳感器的靈敏度。另外，該方法設(shè)計簡單，易于實現(xiàn)，且適用于該傳感器的批量生產(chǎn)，進而提高生產(chǎn)效率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提出的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，包括柔性基底；至少一組微電極對，其中，每一組微電極對包括第一微電極和第二微電極，所述第一微電極和所述第二微電極間隔地設(shè)置在所述柔性基底上；至少一組單壁碳納米管陣列，其中，一組單壁碳納米管陣列對應(yīng)于一組微電極對，每一組單壁碳納米管陣列的兩端分別與對應(yīng)地一組微電極對的第一微電極和第二微電極相連以使所述每一組單壁碳納米管陣列處于拉伸狀態(tài)，且所述每一組單壁碳納米管陣列與所述柔性基底間隔開。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，通過流速、 壓強等物理量引起柔性基底的變形，通過電極對傳遞給單壁碳納米管陣列，利用單壁碳納米管陣列的優(yōu)異的壓阻敏感特性，實現(xiàn)被測流場的高靈敏度傳感。另外，單壁碳納米管具有極高的強度和韌性，并具有超小的尺寸，使該傳感器具有較高的強度、較低的功耗，并具有對被測流場干擾小的優(yōu)點。另外，根據(jù)本發(fā)明的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器還可以具有如下附加的技術(shù)特征在本發(fā)明的一個實施例中，所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性流場壓阻傳感器還包括固定件，每個所述固定件分別設(shè)置在所述第一微電極和所述第二微電極上，以將所述單壁碳納米管陣列的兩端分別固定在對應(yīng)地第一微電極和所述第二微電極上。在本發(fā)明的一個實施例中，所述柔性基底的材料包括聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷的其中之一。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述柔性基底的厚度在1納米 10毫米之間。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一微電極和第二微電極通過光刻、濺射、蒸鍍、 剝離或刻蝕的方式使所述第一微電極和第二微電極設(shè)置在所述柔性基底上。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一微電極和第二微電極的間距在1納米 100 毫米之間，所述第一微電極和第二微電極的厚度分別在0. 01納米 1毫米之間。在本發(fā)明的一個實施例中，所述每一組單壁碳納米管陣列的陣列行間距在0. 1納米 10毫米之間，所述每一組單壁碳納米管陣列的陣列數(shù)目在2 IO8個之間。在本發(fā)明的一個實施例中，所述每一組微電極對以陣列形式分布在所述柔性基底上。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器還包括分別與所述每一組微電極對的第一微電極和第二微電極相連的第一引線和第二引線，所述第一引線和所述第二引線通過所述第一微電極和第二微電極將對應(yīng)地單壁碳納米管陣列的信號發(fā)傳遞給外圍設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述單壁碳納米管陣列中的每一個單壁碳納米管為具有高壓阻因子的單壁碳納米管。本發(fā)明第二方面實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法，包括以下步驟將柔性基底固定在剛性基底表面；通過光刻、濺射、蒸鍍、剝離或刻蝕方法在所述柔性基底上設(shè)置電極對，其中，所述電極對包括間隔開的第一電極和第二電極； 將所述柔性基底從所述剛性基底上取下，接著將所述柔性基底向內(nèi)彎曲并通過介電電泳、 轉(zhuǎn)移、化學氣相沉積或組裝的方法將單壁碳納米管陣列的兩端分別與所述電極對的第一電極和第二電極相連；通過電沉積、光刻、濺射或蒸鍍的方法在所述第一電極和第二電極的表面形成固定件，以將所述單壁碳納米管陣列的兩端分別固定在對應(yīng)的第一電極和第二電極上；恢復(fù)所述柔性基底的形狀以使所述單壁碳納米管陣列處于拉伸狀態(tài)且具有張力；對所述單壁碳納米管陣列進行篩選以保留具有高壓阻因子的單壁碳納米管。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法， 利用柔性基底易于變形的特點，通過使柔性基底彎曲進而將單壁碳納米管陣列設(shè)置在第一電極和第二電極上，然后利用柔性基底恢復(fù)平面狀態(tài)時使單壁碳納米管陣列拉直并懸空在柔性基底上。因此，懸空(與柔性基底間隔開)的單壁碳納米管陣列可提高應(yīng)變式傳感的線性度和靈敏度。另外，該方法設(shè)計簡單，易于實現(xiàn)，適用于該傳感器的批量生產(chǎn)流程。具體而言，在電極對上設(shè)置單壁碳納米管陣列后，通過在柔性基底加水平力等方法使納米管陣列變形，然后通過加電壓或電流等方法燒斷低壓阻因子的純金屬型納米管， 從而提高單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的靈敏度。另外，根據(jù)本發(fā)明的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征在本發(fā)明的一個實施例中，在恢復(fù)所述柔性基底的形狀后還包括通過壓焊、釬焊或粘接的方法在所述第一電極和第二電極上安裝弓I線。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，通過涂膠或濺射的方法在所述柔性傳感器表面覆蓋一層保護層。在本發(fā)明的一個實施例中，所述剛性基底的材料為硅片、石英片或玻璃片。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的結(jié)構(gòu)圖；圖2為應(yīng)用本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻傳感器測量微型飛行器或巡飛器機翼前緣空速的示意圖；圖3A為應(yīng)用本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻傳感器測量微型飛行器或巡飛器機翼迎角空速的主視圖；圖:3B為圖3A所示基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻傳感器測量微型飛行器或巡飛器機翼迎角空速左視圖；圖4為應(yīng)用本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻傳感器測量微型飛行器或巡飛器機翼前緣流速分布的示意圖；圖5為本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法的流程圖；以及圖6A-6F為應(yīng)用本發(fā)明一個實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法制作基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的示意圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。以下結(jié)合附圖1-4首先描述根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器。如圖1所示，為本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器。 根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器100包括柔性基底 110、至少一組微電極對120和至少一組單壁碳納米管陣列130。其中，每一組微電極對120包括第一微電極121和第二微電極122，第一微電極 121和第二微電極122間隔地設(shè)置在柔性基底110上。一組單壁碳納米管陣列130對應(yīng)于一組微電極對120，每一組單壁碳納米管陣列130的兩端分別與對應(yīng)地一組微電極對120的第一微電極121和第二微電極122相連以使所述每一組單壁碳納米管陣列130處于拉伸狀態(tài)，且每一組單壁碳納米管陣列130與柔性基底110間隔開。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性流場傳感器100，通過被檢測的流速、壓力等物理量引起柔性基底110變形，然后通過第一電極121和第二電極122傳遞給單壁碳納米管陣列130，利用單壁碳納米管陣列130的優(yōu)異的壓阻敏感特性，實現(xiàn)被測流速、壓力等流場參數(shù)的高靈敏度傳感，并通過第一電極121和第二電極122將單壁碳納米管陣列130的信號傳遞給預(yù)設(shè)的設(shè)備。另外，單壁碳納米管陣列130中的單壁碳納米管具有極高的強度和韌性，并具有超小的尺寸，使該傳感器具有較高的強度、較低的功耗，并對被測流場的干擾小的優(yōu)點。結(jié)合圖1，在本發(fā)明的一些實施例中，例如本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器100還包括了固定件140。每個固定件140分別設(shè)置在第一微電極121和所述第二微電極122上，以將單壁碳納米管陣列130的兩端分別固定在對應(yīng)地第一微電極121和第二微電極122上。這樣，保證單壁碳納米管陣列130與第一微電極121和第二微電極122的連接更加穩(wěn)固，從而有效地感受來自柔性基底的變形。作為一個具體的例子，例如固定件140可以為壓覆物，該壓覆物將單壁碳納米管陣列130的兩端分別壓覆在第一微電極121和第二微電極122的表面， 由此形成可靠的連接。此外，可以采用電沉積、光刻、濺射或蒸鍍等方法在微電極對120表面形成絕緣的壓覆物，從而將單壁碳納米管陣列130固定在其中。
在本發(fā)明的一個實施例中，例如柔性基底110的材料可以為聚酰亞胺。聚酰亞胺具有很強的韌性，這樣，方便加工處理。當然，本發(fā)明的實施例并不限于此，例如柔性基底 110的材料還可以為聚二甲基硅氧烷(Polydimethyl siloxane, PDMS)。有利地，柔性基底110的厚度例如可以在1納米 10毫米之間。優(yōu)選地，可以為 20 100微米，由此，柔性基底110不但不易折斷，而且還降低成本。在本發(fā)明的一個示例中，例如第一微電極121和第二微電極122可通過光刻、濺射、蒸鍍、剝離或刻蝕的方式將第一微電極121和第二微電極122設(shè)置在柔性基底110上。 這樣，第一微電極121和第二微電極122可有效性地傳遞柔性基底110的變形。有利地，第一微電極121和第二微電極122的間距例如可以在1納米 100毫米之間，根據(jù)不同大小的安裝位置，可以采用第一微電極121和第二微電極122之間間距不等的傳感器100。此外，例如還可設(shè)置該第一微電極121和第二微電極122電極的厚度在0. 01納米 1毫米之間。當然，第一微電極121和第二微電極122電極的厚度可以相同，也可以不同，優(yōu)選地，該厚度一致。這樣，可以使單壁碳納米管陣列130的兩端很好的連接在第一微電極121和第二微電極122以使單壁碳納米管陣列130處于被拉伸狀態(tài)，并保證該單壁碳納米管陣列130等間隔地與柔性基底110間隔開。在本發(fā)明的一些實施例中，例如單壁碳納米管陣列130的陣列行間距在0. 1納米 10毫米之間，且該單壁碳納米管陣列130的陣列數(shù)目在2 IO8個之間。換句話說， 每一組單壁碳納米管陣列130中包括2 IO8個單壁碳納米管，且相鄰的單壁碳納米管之間的距離應(yīng)保持在0. 1納米 10毫米之間。這樣，由于單壁碳納米管的數(shù)目為多個，可方便地進行篩選等后處理。除此之外，作為一個具體的示例，還可對該單壁碳納米管陣列130中的單壁碳納米管進行篩選，保留具有高壓阻因子的單壁碳納米管，這樣，可進一步提高該傳感器100的靈敏度。在本發(fā)明的另一實施例中，結(jié)合圖1，例如每一組微電極對120還可以以陣列形式分布在柔性基底Iio上。也就是說，在同一個柔性基底上可同時設(shè)置多個微電極對120，且每個微電極對上連接有一組單壁碳納米管陣列130，這樣，由多個微電極對120和與之對應(yīng)的多個單壁碳納米管陣列130形成預(yù)先定義的陣列分布形式的多個敏感單元，根據(jù)不同的陣列排布，可實現(xiàn)對二維甚至多維的流場測量。當然，本發(fā)明的實施例并不限于此，例如每一個柔性基底110上可只設(shè)置一個敏感單元組成傳感器，而還可以利用多個該傳感器陣列分布，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)二維甚至多維的流場測量。優(yōu)選地，例如本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器100 還可包括第一引線和第二引線(圖1中未示出)。第一引線和第二引線分別與一組微電極對120的第一微電極121和第二微電極 122相連，第一引線和第二引線通過第一微電極121和第二微電極122將對應(yīng)地單壁碳納米管陣列130的信號傳遞給外圍設(shè)備。如圖2所示，作為一個具體的應(yīng)用，例如在測量空速時，使流體的流向與檢測腔的軸線平行。此時流體產(chǎn)生的總壓與檢測腔內(nèi)的靜壓之差使該傳感器100的柔性基底110產(chǎn)生形變，從而導(dǎo)致單壁碳納米管陣列130的電學性質(zhì)發(fā)生變化，從而通過第一引線和第二引線將該變化傳遞給外圍設(shè)備，進而可測量出動壓，然后根據(jù)伯努力方程可計算出流體的流速，其中，伯努力方程為P-P0=^pv2(1)式1中P和Ptl分別為總壓和靜壓，P和ν分別為流體的密度和流速。如圖2-4所示，應(yīng)用本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器100可實現(xiàn)微型飛行器或巡飛器空速的測量。具體應(yīng)用如下實施例1如圖2所示，為應(yīng)用本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器測量微型飛行器或巡飛器機翼前緣空速的示意圖。具體地，在需要測量空速的微型飛行器或巡飛器機翼前緣表面打孔，孔的大小略小于單壁碳納米管陣列柔性壓阻傳感器100的尺寸，然后將該單壁碳納米管陣列柔性壓阻傳感器100粘到孔表面，然后通過該單壁碳納米管陣列柔性傳感器100的第一引線和第二引線實現(xiàn)與信號處理電路等設(shè)備的連接，接著，當微型飛行器或巡飛器飛行時，根據(jù)上文所述的公式(1)計算，通過檢測總壓和靜壓之差引起的該傳感器100的柔性基底110的變形而引起其電阻等電學特性的變化，從而測得微型飛行器或巡飛器機翼前緣的空速。實施例2如圖3A-;3B所示，分別為應(yīng)用本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻傳感器測量微型飛行器或巡飛器機翼俯仰角和偏轉(zhuǎn)角的主視圖和左視圖。作為一個具體的應(yīng)用，首先制造如圖3所示的圓錐形檢測結(jié)構(gòu)，并在其表面打5個孔，每個孔的大小略小于單壁碳納米管陣列柔性壓阻傳感器100的尺寸，然后將該傳感器100粘到每個孔表面組成如圖所示的對稱結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)與信號處理電路等外圍設(shè)備的連接，著將圓錐形檢測結(jié)構(gòu)安裝到需要測量迎角的微型飛行器或巡飛器上(如頭部)，當來流方向與圓錐形檢測結(jié)構(gòu)的軸向的俯仰角或偏轉(zhuǎn)角發(fā)生變化時，將引起單壁碳納米管陣列柔性壓阻傳感器100組成的對稱結(jié)構(gòu)的電路輸出發(fā)生變化，并且變化的大小與俯仰角或偏轉(zhuǎn)角具有一定的關(guān)系，可采用類似常用的五孔探針的算法求解俯仰角或偏轉(zhuǎn)角，因此通過監(jiān)測電路輸出就可實現(xiàn)對俯仰角或偏轉(zhuǎn)角的測量。實施例3如圖4所示，為應(yīng)用本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻傳感器測量微型飛行器或巡飛器機翼前緣流速分布的示意圖。首先在微型飛行器或巡飛器機翼前緣的表面加工孔的陣列，每個孔的大小略小于單壁碳納米管陣列柔性壓阻傳感器100的尺寸，然后將該傳感器100粘到微型飛行器或巡飛器機翼前緣表面所加工孔的陣列。如圖4 所示，當微型飛行器或巡飛器飛行時，讀出柔性傳感器陣列的壓力值，因此，根據(jù)上文所述的公式(1)可實現(xiàn)微型飛行器或巡飛器機翼前緣流速分布的測量。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性流場傳感器100，通過被檢測的流速、壓力等物理量引起柔性基底110變形，然后通過第一電極121和第二電極122傳遞給單壁碳納米管陣列130，利用單壁碳納米管陣列130的優(yōu)異的壓阻敏感特性，實現(xiàn)被測流速、壓力等流場參數(shù)的高靈敏度傳感，并通過第一電極121和第二電極122將單壁碳納米管陣列130的信號傳遞給預(yù)設(shè)的設(shè)備。另外，單壁碳納米管陣列130中的單壁碳納米管具有極高的強度和韌性，并具有超小的尺寸，使該傳感器具有較高的強度、較低的功耗，并對被測流場的干擾小的優(yōu)點。以下結(jié)合圖5與圖6A-6F描述根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻傳感器的制作方法。如圖5所示，結(jié)合圖6A-6F，根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻傳感器的制作方法，包括以下步驟步驟S101，將柔性基底固定在剛性基底表面；在本發(fā)明的一個實施例中，如圖6A所示，例如將聚酰亞胺柔性基底粘貼在厚度為 400微米的剛性基底上。例如剛性基底的材料可以為硅片或玻璃片。步驟S102，通過光刻、濺射、蒸鍍、剝離或刻蝕方法在所述柔性基底上設(shè)置電極對， 其中，所述電極對包括間隔開的第一電極和第二電極。如圖6B所示，例如電極對的間距可在1納米 100毫米之間，而每個電極的厚度可以在0. 01納米 1毫米之間。步驟S103，將所述柔性基底從所述剛性基底上取下，如圖6C，接著將所述柔性基底向內(nèi)彎曲并通過介電電泳、轉(zhuǎn)移、化學氣相沉積或組裝的方法將單壁碳納米管陣列的兩端分別與所述電極對的第一電極和第二電極相連；例如以介電泳法為例將柔性基底與剛性基底分離，裁剪成傳感器單元。然后使柔性基底向內(nèi)彎曲，通過介電電泳的方法將單壁碳納米管陣列搭接在電極對之間。介電泳的電壓幅值為5-10V。步驟S104，通過電沉積、光刻、濺射或蒸鍍的方法在所述第一電極和第二電極的表面形成固定件，以將所述單壁碳納米管陣列的兩端分別固定在對應(yīng)的第一電極和第二電極上；具體而言，作為一個具體的例子，如圖6D，可利用光刻、金屬濺射的方法在單壁碳納米管陣列與微電極對接觸部分壓覆一層材料，實現(xiàn)碳納米管陣列的固定。步驟S105，恢復(fù)所述柔性基底的形狀以使所述單壁碳納米管陣列處于拉伸狀態(tài); 如圖6E，使柔性基底恢復(fù)平面形狀，這樣，單壁碳納米管陣列會被拉直并實現(xiàn)懸空在柔性基底上，進而提高傳感器的靈敏度。然后可通過壓焊、釬焊或粘接的方法在第一電極和第二電極相連上安裝引線，由此形成與外圍設(shè)備，如處理電路的連接。步驟S106，對所述單壁碳納米管陣列進行篩選以保留具有高壓阻因子的單壁碳納米管。如圖6F所示，對單壁碳納米管陣列的單壁碳納米管進行篩選，保留具有高壓阻因子碳納米管。這樣，進一步提高該傳感器的敏感度。在本發(fā)明的一個實施例中，例如還可通過涂膠或濺射的方法在柔性傳感器表面覆蓋一層絕緣的保護層。由此，防止傳感器表面受到環(huán)境的影響或破壞。根據(jù)本發(fā)明實施例的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法， 利用柔性基底易于變形的特點并根據(jù)彎曲介電泳等方法實現(xiàn)單壁碳納米管以陣列、處于拉伸狀態(tài)設(shè)置在電極對上，且與柔性基底間隔開(單壁碳納米管陣列處于拉伸狀態(tài)且具有張力)的工藝處理，因此，懸空的單壁碳納米管陣列可提高應(yīng)變式傳感器的線性度和靈敏度。 該方法還可通過篩選單壁碳納米管，保留具有高壓組因子的單壁碳納米管，使單壁碳納米管的壓阻因子相對更高，這樣，可進一步提高傳感器的靈敏度。另外，該方法設(shè)計簡單，易于實現(xiàn)，且適用于該傳感器的批量生產(chǎn)流程。在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于，包括柔性基底；至少一組微電極對，其中，每一組微電極對包括第一微電極和第二微電極，所述第一微電極和所述第二微電極間隔地設(shè)置在所述柔性基底上；至少一組單壁碳納米管陣列，其中，一組單壁碳納米管陣列對應(yīng)于一組微電極對，每一組單壁碳納米管陣列的兩端分別與對應(yīng)的一組微電極對的第一微電極和第二微電極相連以使所述每一組單壁碳納米管陣列處于拉伸狀態(tài)，且所述每一組單壁碳納米管陣列與所述柔性基底間隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于， 還包括固定件，每個所述固定件分別設(shè)置在所述第一微電極和所述第二微電極上，以將所述單壁碳納米管陣列的兩端分別固定在對應(yīng)地第一微電極和所述第二微電極上。
3.如權(quán)利要求1所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于， 所述柔性基底的材料包括聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷的其中之一。
4.如權(quán)利要求3所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于， 所述柔性基底的厚度在1納米 10毫米之間。
5.如權(quán)利要求1所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于， 所述第一微電極和第二微電極通過光刻、濺射、蒸鍍、剝離或刻蝕的方式使所述第一微電極和第二微電極設(shè)置在所述柔性基底上。
6.如權(quán)利要求5所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于， 所述第一微電極和第二微電極的間距在1納米 100毫米之間，所述第一微電極和第二微電極的厚度分別在0.01納米 1毫米之間。
7.如權(quán)利要求1所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于， 所述每一組單壁碳納米管陣列的陣列行間距在0. 1納米 10毫米之間，所述每一組單壁碳納米管陣列的陣列數(shù)目在2 IO8個之間。
8.如權(quán)利要求1-7任一項所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于，所述每一組微電極對以陣列形式分布在所述柔性基底上。
9.如權(quán)利要求8所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于， 還包括分別與所述每一組微電極對的第一微電極和第二微電極相連的第一引線和第二引線， 所述第一引線和所述第二引線通過所述第一微電極和第二微電極將對應(yīng)地單壁碳納米管陣列的信號傳遞給外圍設(shè)備。
10.如權(quán)利要求9所述的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器，其特征在于， 所述單壁碳納米管陣列中的每一個單壁碳納米管為具有高壓阻因子的單壁碳納米管。
11.一種單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟將柔性基底固定在剛性基底表面；通過光刻、濺射、蒸鍍、剝離或刻蝕方法在所述柔性基底上設(shè)置電極對，其中，所述電極對包括間隔開的第一電極和第二電極將所述柔性基底從所述剛性基底上取下，接著將所述柔性基底向內(nèi)彎曲并通過介電電泳、轉(zhuǎn)移、化學氣相沉積或組裝的方法將單壁碳納米管陣列的兩端分別與所述電極對的第一電極和第二電極相連；通過電沉積、光刻、濺射或蒸鍍的方法在所述第一電極和第二電極的表面形成固定件， 以將所述單壁碳納米管陣列的兩端分別固定在對應(yīng)的第一電極和第二電極上； 恢復(fù)所述柔性基底的形狀以使所述單壁碳納米管陣列處于拉伸狀態(tài)；和對所述單壁碳納米管陣列進行篩選以保留具有高壓阻因子的單壁碳納米管。
12.如權(quán)利要求11所述的單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法，其特征在于，在恢復(fù)所述柔性基底的形狀后還包括通過壓焊、釬焊或粘接的方法在所述第一電極和第二電極相連上安裝引線。
13.如權(quán)利要求12所述的單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法，其特征在于，通過涂膠或濺射的方法在所述柔性傳感器表面覆蓋一層絕緣保護層。
14.如權(quán)利要求11所述的單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器的制作方法，其特征在于，所述剛性基底的材料為硅、石英或玻璃。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器及制作方法，該基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器包括柔性基底；至少一組微電極對，每一組微電極對包括間隔地設(shè)置在柔性基底上第一微電極和第二微電極；至少一組單壁碳納米管陣列，每一組單壁碳納米管陣列的兩端分別與對應(yīng)地一組微電極對的第一微電極和第二微電極相連以使每一組單壁碳納米管陣列處于拉伸狀態(tài)，且每一組單壁碳納米管陣列與柔性基底間隔開。根據(jù)本發(fā)明的基于單壁碳納米管陣列的柔性壓阻流場傳感器具有靈敏度高、尺寸小、柔韌性強以及功耗低的優(yōu)點。本發(fā)明實施例的制作方法設(shè)計簡單，易于實現(xiàn)，且適用于該傳感器的批量生產(chǎn)。
文檔編號G01P5/08GK102313818SQ20111020116
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者周兆英, 景焱青, 楊興, 鄭富中 申請人:清華大學