[发明专利]一种压力传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种压力传感器，它包括由上到下依次设置的上电极层、石墨烯‑碳纳米管‑铁纳米颗粒复合掺杂型氧化锌纳米阵列层、三维石墨烯复合炭黑混合层、下电极层以及基底。本发明的目的在于提供一种压力传感器，其导电性、灵敏度及键合性都显著增强，使用范围更加广泛。

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器及其制备方法。

背景技术

压电式压力传感器依托于压电材料的正压电效应，正压电效应具体为当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。

压电材料可分为压电单晶、压电多晶和有机压电材料。压电式传感器中用得最多的是属于压电多晶的各类压电陶瓷和压电单晶中的石英晶体。其他压电单晶还有适用于高温辐射环境的铌酸锂以及钽酸锂、镓酸锂、锗酸铋等。压电陶瓷有属于二元系的钛酸钡陶瓷、锆钛酸铅系列陶瓷、铌酸盐系列陶瓷和属于三元系的铌镁酸铅陶瓷。压电陶瓷的优点是烧制方便、易成型、耐湿、耐高温。缺点是具有热释电性，会对力学量测量造成干扰。有机压电材料有聚二氟乙烯、聚氟乙烯、尼龙等十余种高分子材料。有机压电材料可大量生产和制成较大的面积,它与空气的声阻匹配具有独特的优越性，是很有发展潜力的新型电声材料。60年代以来发现了同时具有半导体特性和压电特性的晶体，如硫化锌、氧化锌、硫化钙等。利用这种材料可以制成集敏感元件和电子线路于一体的新型压电传感器，很有发展前途。

由于氧化锌具有便捷的制备工艺和无铅化的环保理念受到科研工作者的广泛关注，但其本征压电常数不高在应用中受到一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种压力传感器，其导电性、灵敏度及键合性都显著增强，使用范围更加广泛。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种压力传感器，它包括由上到下依次设置的上电极层、石墨烯-碳纳米管-铁纳米颗粒复合掺杂型氧化锌纳米阵列层、三维石墨烯复合炭黑混合层、下电极层以及基底。

本发明的目的之一在于提供一种压力传感器的制备方法，它包括如下步骤：

A.在基底上沉积下电极层；

B.在下电极层上制备三维石墨烯复合炭黑混合层；

C.在三维石墨烯复合炭黑混合层上制备石墨烯-碳纳米管-铁纳米颗粒复合掺杂型氧化锌纳米阵列层；

D.在石墨烯-碳纳米管-铁纳米颗粒复合掺杂型氧化锌层上沉积上电极层。

较之现有技术而言，本发明的优点在于：

本发明提供的压力传感器及其制备方法，在下电极层和上电极层中依次制备三维石墨烯复合炭黑混合层和石墨烯-碳纳米管-铁纳米颗粒复合掺杂型氧化锌纳米阵列层。首先，在压力传感器中引入三维石墨烯复合炭黑混合层，三维石墨烯的石墨烯片之间无接触电阻，但三维石墨烯的孔隙率大且为多孔材料，其复合纳米级的炭黑填充在三维石墨烯孔隙中，可以稳定三维石墨烯的骨架结构，同时为电子的快速传输提供通道。其次，由于石墨烯与石墨烯之间的接触电阻较大，因此引入碳纳米管和铁纳米颗粒，利用碳纳米管和铁纳米颗粒良好的导电性作为电子的快速传输通道，同时原位复合的掺杂型氧氧化锌纳米线阵列也有利于电子的有序快速传输。因此，本发明提供的压力传感器的导电性、灵敏度及键合性都显著增强，使用范围更加广泛。

附图说明

图1是本发明的压力传感器侧面剖面结构示意图；

图2是本发明的一种压力传感器的实施例的制备过程示意图；

图3是采用本发明提供的压力传感器的石墨烯-碳纳米管-铁纳米颗粒复合掺杂型氧化锌纳米阵列结构示意图；