[实用新型]一种基于纳米孔的石墨烯高压压力传感器

说明书

一种基于纳米孔的石墨烯高压压力传感器，传感器包括：封装外壳，以及设置在封装外壳顶端的不锈钢端盖和设置在封装外壳内部底端的基板，不锈钢端盖上设置有多个圆孔，基板上设置有衬底，衬底中心设置有纳米孔；压力检测单元，压力检测单元设置在衬底上；互连组件，互连组件设置在压力检测单元两侧，互连组件一端与压力检测单元连接，互连组件另一端与外部连接。本实用新型在在纳米孔中充入惰性气体，通过将纳米薄膜排布在纳米孔结构上，衬底与基板通过金属键合形成惰性气体密封腔，利用石墨烯的性质，可长期稳定工作在400MPa的高压环境中且响应时间低于1μs，并且耐酸碱、抗腐蚀，适用于各种高压测试环境，具有很高的实用价值。

技术领域

本实用新型涉及高压测试技术领域，具体涉及一种基于纳米孔的石墨烯高压压力传感器。

背景技术

随着科学技术的不断发展，在众多领域对于压力的测量要求日益增大，尤其对于长时间高压恶劣环境下的压力测量是目前面临的重要问题之一。例如在航空航天发动机内、火炮膛内等环境中，就需要用压力传感器对这些设备的承压部件的压力参数进行测量，从而准确的评估承压部件的健康状况，有利于设计出耐高压的关键部件。

由于石墨烯具有优良的力学、电学、热学和化学性能，是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。同时石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm²/ (V·s)，这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm²/(V·s)。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50～500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm²/(V·s)左右，是良好的纳米传感器材料。故其对于压力的响应时间极短。

目前硅压阻式压力传感器在航空航天、武器装备等领域应用较广，但其测压范围较小，响应时间较长。无法达到膛压400MPa的测试需求、精度高且性能稳定；但其热惯性大、响应时间长。如某型火炮发射过程中，膛内压力达到 300～400MPa，响应时间小于50ms。本实用新型所述的基于纳米孔的石墨烯高压压力传感器与传统硅压阻式压力传感器相比，基于纳米孔的石墨烯高压压力传感器可用于高压恶劣环境下的压力测量。

使用纳米孔作为敏感结构，利用石墨烯材料代替金属材料和其它半导体材料，从而开发一种响应时间快且体积小的高性能高压压力传感器是目前急需解决的一项科学技术。

实用新型内容

为了有效解决上述背景技术问题的不足，利用石墨烯材料代替金属材料和其它半导体材料，通过将石墨烯覆盖于纳米孔结构上，设计了一种基于纳米孔的石墨烯高压压力传感器。石墨烯薄膜受压力影响，电学特性发生改变，具体是压力导致石墨烯薄膜发生形变，引起石墨烯的电导率发生变化，然后通过外部检测电路检测石墨烯薄膜电导率的变化来实现对压力的测量。

一种基于纳米孔的石墨烯高压压力传感器，可长期稳定工作在400MPa的高压环境中且响应时间低于1μs，所述传感器包括：

封装外壳，以及设置在所述封装外壳顶端的不锈钢端盖和设置在封装外壳内部底端的基板，所述不锈钢端盖上设置有多个圆孔，

所述基板上设置有衬底，所述衬底中心设置有纳米孔；

压力检测单元，所述压力检测单元设置在所述衬底上；

互连组件，所述互连组件设置在所述压力检测单元两侧，所述互连组件一端与所述压力检测单元连接，所述互连组件另一端与外部连接导出压力检测单元的电学响应。