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1、10申请公布号CN102320556A43申请公布日20120118CN102320556ACN102320556A21申请号201110207486222申请日20110722B81C1/0020060171申请人北京科技大学地址100083北京市海淀区学院路30号北科大科技处72发明人张跃李萍廖庆亮张铮74专利代理机构北京东方汇众知识产权代理事务所普通合伙11296代理人刘淑芬54发明名称一种网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建方法57摘要本发明提供了一种网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建方法。具体工艺为低温下,采用预热24小时,然后水热反应68小时的方法得到所需纳米ZNO材料,然后并采。
2、用酒精分散和旋涂等工艺搭建了了网络状结构的柔性应变传感器,并以聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜封装。相比于已有报道的ZNO单根结构和ZNO垂直/横向阵列结构,本发明中的网络状结构克服了ZNO的脆性和电子器件工艺上的复杂性,可应用用于工业化生产。此器件具有很高柔性,对微小振动和小应变有很高的响应,可用于生产监测和环境监测等方面。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页CN102320560A1/1页21一种网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建方法,其特征分以下两部分1、ZNO纳米材料的制备A配制ZNNO32、CH26N4和聚醚酰亚胺简称PEI的水溶。
3、液,ZN2浓度为00501M,原子比ZNNO32CH26N411,PEI的浓度为00030009M,超声分散1530MIN,使前驱液混合均匀;B取前驱液50200ML盛入烧杯中,密封,在80100下加热24H,然后过滤反应溶液,将滤液盛入反应釜中,80100下加热68H,得到所需ZNO纳米材料;2、网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建A采用酒精和二甲基聚硅氧烷的混合溶液将反应后得到的ZNO纳米材料溶解0051G/5ML,超声分散1030S;B采用旋涂法将分散后的ZNO均匀分布在聚酰亚胺薄膜上,旋涂15次,得到ZNO层;C将附有ZNO层的聚酰亚胺薄膜在100180下干燥210H,形成ZNO网络;。
4、D以银胶固定在ZNO层两端,并在50100下干燥30MIN,使银胶电极与ZNO间之间紧密接触;E用聚二甲基硅氧烷薄膜将整个器件封装,在真空条件下40保温052H,完成网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建。权利要求书CN102320556ACN102320560A1/3页3一种网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建方法技术领域0001本发明涉及纳米材料制备和半导体器件制造技术领域,尤其涉及一种基于网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建方法。背景技术0002传感器在科学研究和工业技术上有很多重要的应用,如光/电信号检测、流速检测、振动监测和电磁波信号接收等。半导体材料以其特殊的电学、力学和光学特性被大。
5、量的应用于各类传感器的构建HIGHLYSENSITIVEROOMTEMPERATURESENSORSBASEDONTHEUVLEDACTIVATIONOFZINCOXIDENANOPARTICLES,SENSORSANDACTUATORBCHEMICAL,VOL134,ISSUE2,945952;NANOPLATEFIELDEFFECTCAPACITIVEBIOCHEMICALSENSORARRAYBASEDONSOISTRUCTURE,PROCEDIACHEMISTRY,VOL1,ISSUE1,670673。近年来以SI半导体材料为基础的高密度集成芯片按照莫尔定律高速发展。但是,随着线宽的降。
6、低,传统的加工工艺和基础定律受到挑战。以一维纳米材料为基础的纳米电子学器件通过自下而上的组装方法,被认为是一种能够延续莫尔定律的有效途径之一。纳米材料由于其晶体结构及尺寸和效应因素,往往有高的强度和韧性,可用于多种微型器件的制造,具有很大的应用前景。ZNO是一种具有压电特性的半导体材料,能够实现机械力到电能的转换;同时,直径为纳米尺度的ZNO纳米线的强度有所提高,能够克服较大的应变,是理想的压电传感器材料。近年来,已经有不少基于ZNO纳米材料的纳米发电机、声波探测器和压电场效应晶体管等方面的研究PIEZOELECTRICFIELDEFFECTTRANSISTORANDNANOFORCESENS。
7、ORBASEDONASINGLEZNONANOWIRE,NANOLETTERS,2006VOL6,NO12,27682772;POWERGENERATIONWITHLATERALLYPACKAGEDPIEZOELECTRICFINEWIRES,NATURENANOTECHNOLOGY,2008,VOL4,3439。发明内容0003本发明的目的在于提供一种网络状ZNO纳米材料柔性应变传感器的构建方法,可在应力作用下产生形变,使电流发生较大变化,从而对微小振动和应变有很高的响应灵敏度。同时,提供一种构建柔性应变传感器的简单工艺流程,其中器件的制作成本低,能适应大规模工业化生产的要求。0004一种网。
8、络状纳米ZNO材料应变传感器的构建方法,主要分以下两部分00051ZNO纳米材料的制备0006A配制ZNNO32、CH26N4和聚醚酰亚胺PEI的水溶液,ZN2浓度为00501M,原子比ZNNO32CH26N411,PEI的浓度为00030009M。超声分散1530MIN,使前驱液混合均匀。0007B取前驱液50200ML盛入烧杯中,密封,在80100下加热24H,然后过滤反应溶液。将滤液盛入反应釜中,80100下加热68H,得到所需ZNO纳米材料。00082网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建说明书CN102320556ACN102320560A2/3页40009A采用酒精和二甲基聚硅氧烷的。
9、混合溶液将反应后得到的ZNO纳米材料溶解0051G/5ML,超声分散1030S。0010B采用旋涂法将分散后的ZNO均匀分布在聚酰亚胺PI薄膜上,旋涂15次,得到ZNO层。0011C将附有ZNO层的PI薄膜在100180下干燥210H,形成ZNO网络。0012D以银胶固定在ZNO层两端,并在50100下干燥30MIN,使银胶电极与ZNO间之间紧密接触。0013E用聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜将整个器件封装,在真空条件下40保温052H,完成网络状纳米ZNO材料应变传感器的构建。用聚二甲基硅氧烷PDMS薄膜将整个器件封装能防止外界的污染与腐蚀。0014相比于已有报道的ZNO单根结构和ZNO垂直/横。
10、向阵列结构,本发明中的网络状结构克服了ZNO的脆性和电子器件工艺上的复杂性。采用水热法在低温下制备了ZNO纳米材料,并采用旋涂、分散等工艺搭建了了网络状结构的柔性应变传感器。器件的制作工艺简单、灵敏度高,可用于微小振动和小应变信号的检测。本发明的优点在于00151本发明在低温下制备了一维ZNO纳米材料,并通过分散涂敷在柔性基底上制备了网络状ZNO结构,该结构克服了ZNO的脆性,使得纳米柔性传感器在外界应力/振动下的工作寿命增长。00162本发明利用了网络状ZNO纳米材料的稳定性好、信号强、灵敏度高的优点,提高了应变传感器的寿命和传感特性。附图说明0017图1为网络状ZNO材料的扫描电镜照片,从。
11、中可清楚的看到ZNO形貌和网络状结构。0018图2为所搭建的柔性应变传感器在拉伸应力下的IV特征曲线,从中可以看出,电流随器件所收拉伸应力增大而减小。0019图3为器件对外界振动的电流响应曲线,从中可以看出在05HZ振动作用下,器件呈现出良好的电流响应。具体实施方式0020现结合图示与实例进一步说明本发明的技术方案0021实例一0022配制ZNNO32、CH26N4和PEI的水溶液,ZN2浓度为005M,原子比ZNNO32CH26N411,PEI的浓度为0007M。超声分散30MIN,使前驱液混合均匀。然后,取前驱液100ML盛入烧杯中,密封,在95下加热2H,并过滤反应溶液。将滤液盛入反应釜。
12、中,80100下加热6H,得到所需ZNO纳米材料。0023采用酒精和二甲基聚硅氧烷的混合溶液将反应后得到的ZNO纳米材料溶解02G/5ML,超声分散20S。采用旋涂法将分散后的ZNO均匀分布在PI薄膜上,旋涂3次,得到ZNO层。将附有ZNO层的PI薄膜在150下干燥5H,形成ZNO网络。以银胶固定在ZNO层两端,并在50下干燥30MIN,使银胶电极与ZNO间之间紧密接触。用PDMS薄膜将整个说明书CN102320556ACN102320560A3/3页5器件封装,在真空条件下40保温052H,防止外界的污染与腐蚀等。将器件接入外电路检测系统即可完成器件检测。0024实例二0025配制ZNNO3。
13、2、CH26N4和PEI的水溶液,ZN2浓度为005M,原子比ZNNO32CH26N411,PEI的浓度为0009M。超声分散30MIN,使前驱液混合均匀。然后,取前驱液100ML盛入烧杯中,密封,在95下加热2H,并过滤反应溶液。将滤液盛入反应釜中,80100下加热6H,得到所需ZNO纳米材料。0026采用酒精和二甲基聚硅氧烷的混合溶液将反应后得到的ZNO纳米材料溶解01G/5ML,超声分散20S。采用旋涂法将分散后的ZNO均匀分布在PI薄膜上,旋涂5次,得到ZNO层。将附有ZNO层的PI薄膜在150下干燥5H,形成ZNO网络。以银胶固定在ZNO层两端,并在50下干燥30MIN,使银胶电极与ZNO间之间紧密接触。用PDMS薄膜将整个器件封装,在真空条件下40保温052H,防止外界的污染与腐蚀等。将器件接入外电路检测系统即可完成器件检测。说明书CN102320556ACN102320560A1/1页6图1图2图3说明书附图CN102320556A。