[发明专利]基于单晶二维压电材料的自驱动压力传感器及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于单晶二维压电材料的自驱动压力传感器及制备方法，属于传感器技术领域。本发明中金电极直接接触二维压电材料纳米片，聚二甲基硅氧烷柔性衬底提供支撑，银浆用于连接金电极和导线，导线作为外电路测试时的电极。制备方法为：在云母上制备出少层的单晶二维压电材料纳米片；利用聚合物辅助的方法将单晶二维压电材料纳米片转移到柔性衬底上；用碳纤维作为掩模板，利用热蒸发镀膜技术蒸镀金电极；利用银浆和导线引出电极以供测试，完成器件制备。本发明的制备工艺实施简单，避免了使用繁琐复杂的光刻技术；所制备的压电传感器具有柔性，可穿戴，高灵敏度，高稳定性的特点，在监测人体生理信号(脉搏和呼吸)时表现出优异的性能。

技术领域

本发明涉及一种基于单晶二维压电材料的自驱动压力传感器及制备方法，属于传感器技术领域。

背景技术

压电传感器是一种利用介电材料压电效应来探测应力应变的装置，其在军事和国民经济的各个领域均有广泛应用。近年来，二维半导体纳米材料由于具有超强的机械强度，可承受较大的应力应变以及柔性和拉伸的特点，而逐渐成为制备高性柔性电子器件的理想材料，进而受到了人们的广泛关注和深入研究。目前，以二维半导体纳米材料为基础制备的柔性压力传感器主要利用了半导体的压阻效应。利用二维半导体材料具有柔性，可拉伸的特点，且其能够随应变大小可调，制备了基于压阻效应的压力传感器。然而这种基于压阻效应的压力传感器具有明显缺点和不足：(1)由于所使用的材料多数为多晶薄膜，其器件的灵敏度和响应速度不高；(2)由于材料尺寸较大，大多制备的器件无法实现小型化；(3)需要在外加偏压下工作，造成较大的功耗。针对以上问题，发展出以二维半导体纳米材料为基础，具有高灵敏度，高响应速度，柔性可穿戴，低功耗的压电传感器将是一种十分新颖而有效的解决途径。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种基于单晶二维压电材料的自驱动压力传感器及制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于单晶二维压电材料的自驱动压力传感器，包括：聚二甲基硅氧烷柔性衬底、金电极、单晶二维压电材料纳米片、银浆和导线，

其中，金电极直接接触单晶二维压电材料纳米片，聚二甲基硅氧烷柔性衬底提供支撑，银浆用于连接金电极和导线，导线作为外电路测试时的电极。

基于单晶二维压电材料的自驱动压力传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：在云母上制备出少层的单晶二维压电材料纳米片；

步骤二：利用聚合物辅助的方法将单晶二维压电材料纳米片转移到聚二甲基硅氧烷柔性衬底上；

步骤三：用碳纤维作为掩模板，利用热蒸发镀膜技术蒸镀金电极；

步骤四：利用银浆和导线引出电极以供测试，完成器件制备。

所述步骤一中所述的单晶二维压电材料纳米片的制备工艺为化学气相沉积法，生长所用衬底为氟金云母，生长温度和时间由所生长的材料而定。

所述步骤二中所述聚二甲基硅氧烷柔性衬底为固化后的聚二甲基硅氧烷；硅橡胶预聚物与固化剂质量比为10:1，充分混合后于0℃条件下静置1h；在玻璃片上自然流动成膜，放置鼓风干燥箱中固化，固化温度为70℃，保持时间为12h。

所述步骤三中碳纤维的直径为8μm，热蒸发蒸镀电极为99.99％的金，金电极的厚度为30nm。

所述步骤四中所述的导线为铜线，直径为0.5mm。

本发明的有益效果为：

1、本发明采用化学气相沉积工艺，在特定的生长温度和时间下，制备出单晶二维压电材料纳米片；

2、本发明由于制备得到的材料为晶体质量较好的单晶，为制备压电传感器提供了基础；