[发明专利]一种石墨烯柔性传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体地，涉及一种传感器的材料结构以及制造方法。

背景技术

在传感器技术领域中，本领域技术人员针对形变、振动已经开发出了多种传感系统。传统的应变传感元件为金属或者半导体材料，但是，金属传感元件的形变量通常低于3％，电阻应变灵敏系数也很低，这种传感元件无法适应新的应用要求。半导体传感元件的电阻应变灵敏系数较高，但其变形范围低于1％，应用范围有很大的局限性。

所以，有必要提供一种结构简单，形变能力强，且电阻应变灵敏系数较高的传感器装置，能够对形变、振动进行有效的感应，便于本领域技术人员的操作使用和分析。

本领域技术人员以石墨烯材料作为传感元件，对形变、振动传感器进行了一些尝试。现阶段，石墨烯传感器通常包括几种构型：1、使用大面积连续的薄膜状石墨烯，这种结构具有良好的形变能力，形变程度在10％左右，但是其电阻应变灵敏系数较低，即电阻随形变的变化率很低，对形变、振动无法产生灵敏的响应。2、带有三维屈曲结构的石墨烯膜或条带，这种结构具有优越的变形能力，形变程度最高可以达到100％，但是该结构电阻随形变的变化率仍然较低，甚至低于第一种石墨烯构型。3、使用石墨烯单晶片作为形变传感元件，这种结构的尺寸只能维持在毫米量级，实际使用困难。4、利用石墨烯阵列点作为传感元件，这种结构中石墨烯晶体与晶体之间存在纳米量级的缝隙，利用隧道效应导电，所以具有较高的电阻应变灵敏系数，但是，该结构的形变能力很差，通常形变能力小于2％。电阻应变灵敏系数和形变能力是衡量形变传感器的两个重要标准，但上述几种现有的石墨烯传感元件并不能同时达到这两项标准的要求，通常电阻应变灵敏系数高则形变能力较差，或者形变能力强而灵敏系数却较低。

综上所述，在以石墨烯作为传感元件的技术中，有必要提供一种新型的石墨烯结构或者石墨烯传感器，在提高石墨烯结构的形变能力的同时，增大其电阻随形变的变化率，使石墨烯材料在产生形变或受到振动时具有灵敏的响应机制，能够产生大幅的电阻变化。

发明内容

本发明的一个目的是基于石墨烯材料，提供一种具有优良形变能力和较高电阻应变灵敏系数的传感器。

根据本发明的第一方面，提供了一种石墨烯柔性传感器，其中包括：

石墨烯编织网，所述石墨烯编织网中具有石墨烯纤维，所述石墨烯纤维在编织搭接点周围的部位为薄弱段；

至少两个触点电极，所述触点电极设置在所述石墨烯编织网上；

柔性基材，用于承载所述石墨烯编织网和触点电极，所述石墨烯编织网与所述柔性基材紧密接合，以使所述石墨烯编织网随所述柔性基材一同产生形变；

引线，所述引线与相对应的触点电极连接；

在所述石墨烯编织网随所述柔性基材产生拉伸形变时，所述薄弱段产生裂纹和/或断裂。

优选的，所述石墨烯纤维由石墨烯晶片构成，所述石墨烯晶片堆叠排列成鳞片式结构。

所述触点电极可以分布在所述石墨烯编织网的边缘，且所述触点电极与所述石墨烯纤维的端部连接。特别的，每个所述触点电极上都可以连接有引线。

优选的，所述柔性基材包覆所述石墨烯编织网，以使所述石墨烯编织网与外部隔离。

所述石墨烯编织网可以具有矩形孔隙或者三角形孔隙。所述石墨烯纤维可以为整条纤维结构，也可以为石墨烯条段顺次排列构成的分段式结构。

另一方面，本发明还提供了一种石墨烯柔性传感器的制造方法，其中包括：

步骤1、提供编织网衬底，在所述编织网衬底的表面进行化学气相沉积，形成覆盖在所述编织网衬底上的石墨烯编织网；

步骤2、刻蚀去除所述编织网衬底；

步骤3、在所述石墨烯编织网上设置触点电极；

步骤4、在所述触点电极上连接引线，并在所述石墨烯编织网周围形成柔性基材。

在步骤1中，化学气相沉积的碳源气体进气速率可以为4mL/min～9mL/min，进气时间为8min～13min。

在所述步骤3中，在所述石墨烯编织网上涂覆导电银胶，形成所述触点电极。