[发明专利]一种基于A相二氧化钒纳米线的温度控制开关及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及温控技术领域，具体地说，涉及一种基于A相二氧化钒纳米线的温度控制开关及其制作方法。

背景技术

在物联网的各个终端，温度控制开关（温度传感器）是一个非常重要的单元。传统的温度控制开关主要是基于金属的热膨胀原理以及液体和气体受热体积膨胀的性质，因为环境温度的变化使得不同热膨胀系数的材料产生了程度不同的形变，从而改变其材料内部的电阻率或者改变微平板电容的电容值，进而导致了电学信号的变化。然而传统的温度控制开关，由于制备工艺和尺寸效应的原因，很难适应小型化的需求。然而随着现代电子器件的发展，电子器件小型化的趋势越来越明显。

近年来，由于相变材料在相变前后，其物理和化学性质相应的会发生剧烈的变化而越来越受到重视。其中，M相二氧化钒因为在室温附近（340K）有一个明显的相变而受到非常多的关注。在相变前后，VO₂(M)的电阻率有4-5个数量级的突变，这将会产生很多用处，例如可以将其制作为其相变点附近的温度控制开关。随着对水热合成和二氧化钒制备技术的深入研究，人们发现另一种具有不同结构的二氧化钒-A相二氧化钒，这种具有四方晶体结构的A相二氧化钒在435K附近也会发生类似于VO₂(M)的结构相变，它的相变同样会导致其电阻率有1-2个数量级的突变。利用VO2(A)的相变特性，可以制作性能优良且可以在较高温度使用的温控开关。

当下，在较高温度的温控开关还非常少。同时，由于受传统材料性能的影响，传统温控开关的响应时间长，不利于高频率的实时监测。并且传统温控开关制作工艺复杂，封装成本高，有些材料对环境有非常大污染，与其他传感器的制作工艺兼容差，小型化也比较困难。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于A相二氧化钒纳米线的温度控制开关及其制作方法。

本发明发现A相的二氧化钒纳米线在435K附近有一个非常明显的结构相变，伴随着相变，其电阻率在相变前后有1-2个数量级的突变。利用这个性质，可以制作基于A相二氧化钒纳米线的温度控制开关，这为物联网的温度传感器终端和电子器件小型化打下了良好的基础。

一种温度控制开关，包括温度传感材料，所述温度传感材料为A相二氧化钒纳米线。

作为优先，在上述温度控制开关中，所述A相二氧化钒纳米线的宽度为大于220nm。

作为优先，在上述温度控制开关中，所述A相二氧化钒纳米线与金属电极欧姆连接，设置于基底上，所述基底为镀有SiO₂层的硅片；所述金属电极为Au，Ni用于作为金属电极与基底的粘结剂。

本发明采用的镀有100nm厚的SiO₂的硅片，热传导率高，并且SiO₂层起到了良好的绝缘效果。

本发明所用的金属电极为Ni/Au组合，这种电极组合可以较好的将纳米线固定在基底上边，并且可以与VO₂(A)纳米线形成良好的欧姆接触。

上述温度控制开关的制作方法，包括如下步骤：取A相二氧化钒纳米线放入烧杯中，往烧杯中倒入异丙醇，将混合液摇匀后放入超声机中超声；超声完毕后将溶液滴在镀有SiO2层的硅片上面，将硅片放到匀胶机的吸盘上，接下来用甩膜的方法将纳米线均匀甩在硅片上边，纳米线在被均匀分散到硅片上边之后，将其放到加热平台上烘烤；烘烤完毕后，将其放在匀胶机的吸盘上边，旋涂光刻胶，并在光刻机下曝光；曝光后经过显影，将硅片进行金属电极的蒸镀，金属电极选用Ni/Au组合，Ni作为和基底的粘结剂，并保证纳米线和金属电极的接触为欧姆接触；蒸镀电极完成后，用去胶液去胶，将去胶液和硅片放在373K的烘箱中加热，去胶过程中不可以对硅片超声。

作为优选，在上述温度控制开关的制作方法中，所述甩膜的方法的方法为：初始转速800r/min，时间9s，低转速下将溶液甩开；最终转速2500r/min，时间40s，高转速下将纳米线甩匀。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明采用A相二氧化钒纳米线作为传感器制作材料，VO₂(A)对环境无害，在电子器件中可以大量使用。

2.本发明采用纳米线为结构单元，尺寸小，利于电子器件的小型化发展，适应现代电子器件的发展趋势。并且VO₂(A)相变是一个突变过程，这使得基于VO₂(A)纳米线的温控开关响应迅速，利于实时监测。