[发明专利]一种QCM传感器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种QCM传感器及其制备方法与应用，该制备方法包括以下步骤：(1)将二硫化钼纳米片、Nafion溶液分别分散于乙醇的水溶液中得到二硫化钼溶液和Nafion溶液，再将二者混合后，超声处理30～120分钟，得二硫化钼/Nafion复合分散溶液；(2)分别在石英晶片的两个表面上形成第一电极和第二电极，得到QCM基片；(3)取二硫化钼/Nafion复合分散溶液涂覆于QCM基片的第一电极或第二电极表面，并置于氮气中干燥后，即得。本发明极大提高了QCM传感器的灵敏度、长期稳定性，同时还改进了工艺可控性和重复性，使其能区分出手掌与手背的接近，本发明的传感器体积小、易于集成、成本低。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种QCM传感器及其制备方法与应用。

背景技术

传统的人机协作系统，主要是依靠参与者来配合机器人的工作，要求参与者高度集中精力，以免在操作过程中发生意外。通常的人手识别方法大多数是基于图像识别，用摄像头来采集数据，然后再进行判定，如采用相机与激光检测对视觉和激光信息进行采集并反馈给一体化机器人控制器。采集到的图像信息需要进一步识别和处理，然后与人体进行协同工作，其不仅计算量与成本都比较高，而且体积较大，限制了人机协作技术的进一步推广。因此，发展一些体积小，易于集成，成本低的人机协作传感器是十分必要的。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种QCM传感器及其制备方法与应用，以解决现有人机协作传感器体积大、计算量大、成本高等问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种QCM传感器的制备方法，包括以下步骤：

(1)将二硫化钼纳米片、Nafion溶液分别分散于乙醇的水溶液中得到0.04～15mg/ml的二硫化钼溶液和0.04～15wt％的Nafion溶液，再将二者按0.1～1:1的体积比混合后，超声处理30～120分钟，得二硫化钼/Nafion复合分散溶液；

(2)分别在石英晶片的两个表面上形成第一电极和第二电极，得到QCM基片；

(3)取1～10μL二硫化钼/Nafion复合分散溶液涂覆于QCM基片的第一电极或第二电极表面，并置于氮气中干燥后，即得。

(4)将所述QCM传感器安装在机械手上来对人体手背或手掌表面附近的湿度进行监测比较，以帮助机械手辨别人体手掌或手背的接近。

进一步，二硫化钼纳米片的片径为5-150nm。

进一步，第一电极和第二电极采用真空镀膜法形成。

进一步，真空镀膜法为蒸发镀膜法或溅射镀膜法。

进一步，第一电极和第二电极为金或银。

进一步，步骤(3)中的涂覆方法为滴涂法、旋涂法或喷涂法。

进一步，步骤(3)中干燥温度为30～60℃，干燥时间为5～10h。

上述制备方法制备的QCM传感器，包括石英晶片1、第一电极2、第二电极3和二硫化钼/Nafion复合薄膜4，第二电极3和第一电极2分别设置于石英晶片)的上下两个表面，二硫化钼/Nafion复合薄膜4设置于第一电极(2)或第二电极3的表面上。

进一步，第一电极(2)和第二电极材料(3)为金或银。

本发明还提供了上述QCM传感器在机械手上的应用，将传感器安装在机械手上来对人体手背或手掌表面附近的湿度进行监测比较，以帮助机械手辨别人体手掌或手背的接近。