[发明专利]基于石墨烯的阵列式柔性压力分布传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布传感器及其制备方法，尤其是一种基于石墨烯的阵列式柔性压力分布传感器，具体地说是用于牙齿咬合压力分布、足底压力分布、轮胎压力分布等压力分布测量的传感器及其制备，属于阵列式压力分布传感器的技术领域。

背景技术

石墨烯（graphene）是单层的碳原子组成的具有蜂窝状六边形的二维晶体结构，它具有特殊的能带结构，具有常温下可观测到的霍尔量子效应，导电性良好，理想情况下一平方米的石墨烯电阻只有31Ω。石墨烯的拉伸强度大，理想强度为110-130MPa。单层石墨烯非常薄，厚度不到0.335nm。透光性良好，吸光率只有2.3%。可应用于透明电极，新型半导体器件，光电感应器件，传感器等等。

石墨烯制作压力传感器的原理在于，当石墨烯受到压力时，自身的禁带宽度发生变化，使得载流子浓度发生变化，电阻发生变化，当力消失后这种变化是可恢复的。专利US8044472中就是利用这一原理利用石墨烯制作压力传感器，但是得到压力传感器的使用范围受限。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于石墨烯的阵列式柔性压力分布传感器及其制备方法，其结构紧凑，能测量压力分布，测量精度高，提高适应范围，使用寿命长，更加轻薄，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述基于石墨烯的阵列式柔性压力分布传感器，包括柔性衬底，所述柔性衬底上设有石墨烯薄膜阵列，所述石墨烯薄膜阵列内包括至少一个石墨烯导电体，所述石墨烯导电体与柔性衬底上的行电极及列电极电连接。

所述柔性衬底的材料包括PET或聚酰亚胺。所述行电极与列电极在柔性衬底上呈纵横交错分布，且行电极与列电极通过绝缘层相绝缘隔离。

所述行电极、列电极在柔性衬底上采用银浆丝网印刷或CVD成膜方法形成。

一种基于石墨烯的阵列式柔性压力分布传感器制备方法，所述压力分布传感器的制备方法包括如下步骤：

a、在柔性衬底上形成石墨烯薄膜阵列，所述石墨烯薄膜阵列内的石墨烯导电体间通过行间隔、列间隔相隔离；

b、在柔性衬底上设置形成行电极或列电极，所述行电极、列电极分别位于行间隔、列间隔内；行电极、列电极与石墨烯导电体电连接；

c、在上述行电极或列电极上设置绝缘层，所述绝缘层位于行间隔与列间隔的交汇处；

d、在上述柔性衬底上设置形成列电极或行电极，所述列电极、行电极分别位于列间隔、行间隔内。

还包括步骤e、在上述石墨烯薄膜阵列、行电极及列电极上设置保护层。

所述步骤a中，在柔性衬底上形成石墨烯薄膜阵列包括如下步骤：

a1、提供基础衬底，在所述基础衬底上生长石墨烯薄膜；

a2、刻蚀上述基础衬底上的石墨烯薄膜，以形成石墨烯薄膜阵列，所述石墨烯薄膜阵列包括若干行间隔与列间隔分隔形成的石墨烯导电体；

a3、在上述石墨烯薄膜阵列上涂覆中间过渡层，所述中间过渡层填充于行间隔、列间隔内；干燥固化后，使得石墨烯薄膜阵列嵌置于中间过渡层内；

a4、去除上述基础衬底，得到石墨烯中间结合体；

a5、将上述石墨烯中间结合体转移到柔性衬底上，并去除石墨烯薄膜阵列上的中间过渡层。

所述中间过渡层的材料为PMMA。所述行电极、列电极及绝缘层通过丝网印刷或CVD方法形成。所述基础衬底包括铜箔。

本发明的优点：通过在柔性衬底上设置石墨烯薄膜阵列，石墨烯薄膜阵列内的石墨烯导电体与行电极、列电极电连接，当石墨烯导电体受到压力产生形变时，能通过行电极、列电极输出相应的检测信息（例如电压的变化），检测精度高；使用寿命更长；更加轻薄，使得形成的传感器更加轻薄；用于牙齿咬合压力分布、足底压力分布、轮胎压力分布等需要压力分布测量的领域；提高了使用范围，安全可靠。

附图说明

图1为本发明柔性衬底上设置单个石墨烯导电体的结构示意图。

图2为图1中在压力作用下的形变示意图。

图3~图11为本发明具体实施工艺步骤的流程图，其中：

图3~图8为本发明石墨烯薄膜阵列转移到柔性衬底上的步骤流程图。

图3为在基础衬底上生长石墨烯薄膜后的示意图。

图4为刻蚀石墨烯薄膜得到石墨烯薄膜阵列后的示意图。

图5为涂覆形成中间过渡层后的示意图。

图6为去除基础衬底并转移到柔性衬底上的示意图。

图7为转移到柔性衬底上后的示意图。

图8为去除中间过渡层后的示意图。