CN104617090A - 一种石墨烯基压力传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯基压力传感器，该压力传感器自下而上依次有PVDF压电薄膜、第一石墨烯层、氮化硼层和第二石墨烯层，还具有第一电极和第二电极。其制备方法步骤为：先转移石墨烯到PVDF压电薄膜上；然后转移氮化硼到该石墨烯层上；再在氮化硼上转移石墨烯；最后在上下两层石墨烯上制作电极。本发明的压力传感器利用石墨烯材料的高透光性及高导电性，并结合PVDF压电薄膜的压电性质，不需要外加电源便可工作，可以通过电压或者电流检测压力；同时可以做到超薄和半透明，同时也易于集成应用。

Description

一种石墨烯基压力传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种压力传感器及其制备方法，特别涉及一种石墨烯/BN/PVDF压电薄膜压力传感器及其制备方法。

背景技术

压力传感器是直接与被测介质相接触的现场测试器件，广泛应用与电力、石油、化工及医学等领域。随着科学技术的发展，传感器不断地更新换代，并希望其精确度高、能耗低及尺寸小等。

自从石墨烯材料在2004年首次被稳定制备出来以后，越来越多的研究发现石墨烯材料具有优异的电学、光学性质，如极高的载流子迁移率、高透光性、高的杨氏模量等，能够应用于各种领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单并可实现自发电的石墨烯基压力传感器及其制备方法。

本发明的石墨烯基压电传感器，自下而上依次有PVDF压电薄膜、第一石墨烯层、氮化硼层和第二石墨烯层，所述的压电传感器还设有第一电极和第二电极，第一电极设置在第一石墨烯层上，第二电极设置在第二石墨烯层上。

上述技术方案中，所述的第一石墨烯层及第二石墨烯层中的石墨烯均通常为1层至10层。

所述的氮化硼层中的氮化硼通常为1层至50层。

所述的第一电极和第二电极均可以是金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或者几种的复合电极。

制备上述的石墨烯基压电传感器的方法，包括如下步骤：

1）清洗PVDF压电薄膜并吹干；

2）将石墨烯转移到步骤1）所得的PVDF压电薄膜上，在PVDF压电薄膜上获得第一石墨烯层；

3）将氮化硼转移到步骤2）所得的第一石墨烯层上，并在第一石墨烯层上预留生长第一电极的面积；

4）将石墨烯转移到步骤3）所得氮化硼层上，在氮化硼层上获得第二石墨烯层；

5）在第一石墨烯层预留面积处制作第一电极，在第二石墨烯层上制作第二电极。

本发明具有的有益效果是：本发明的压力传感器利用石墨烯材料的高透光性及高导电性，并结合PVDF压电薄膜的压电性质，不需要外加电源便可工作，可以通过电压或者电流检测压力；同时可以做到超薄和半透明，易于集成应用，此外本发明的制备方法工艺简单，成本低，便于推广。

附图说明

图1为石墨烯基压力传感器的结构示意图；

图2为石墨烯基压力传感器测试结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参照图1，本发明的石墨烯基压力传感器，其自下而上依次有PVDF压电薄膜1、第一石墨烯层2、氮化硼层3和第二石墨烯层4，所述的压电传感器还设有第一电极5和第二电极6，第一电极5设置在第一石墨烯层2上，第二电极6设置在第二石墨烯层4上。

实施例1：

1）分别使用等离子水、丙酮和异丙醇清洗30um厚的PVDF压电薄膜并吹干；

2）转移1层石墨烯到步骤1）所得的PVDF压电薄膜上；

3）转移1层氮化硼到步骤2）所得的石墨烯层上，并在石墨烯层上预留生长第一电极的面积；

4）再将1层石墨烯转移到步骤3）所得的氮化硼层上；

5）在下层石墨烯层的预留面积处及最上层的石墨烯层上利用热蒸发工艺分别沉积银电极，得到石墨烯基压力传感器。

直接按压所得压力传感器器件，测量两电极间的电压或电流变化，从而反应压力的变化，本实例所制备的压力传感器的测试结果如图2所示，可以看出当按压时，电流明显变化。

实施例2：

1）分别使用等离子水、丙酮和异丙醇清洗100um厚的PVDF压电薄膜并吹干；

2）转移10层石墨烯到步骤1）所得的PVDF压电薄膜上；

3）将50层氮化硼转移到步骤2）所得的石墨烯层上，并在石墨烯层上预留生长第一电极的面积；

4）再将10层石墨烯转移到步骤3）所得的氮化硼层上；

5）在下层石墨烯层的预留面积处及最上层石墨烯层上利用磁控溅射工艺分别沉积金电极，得到石墨烯基压力传感器。

实施例3：

1）分别使用等离子水、丙酮和异丙醇清洗300um厚的PVDF压电薄膜并吹干；

2）转移5层石墨烯到步骤1）所得的PVDF压电薄膜上；

3）转移20层氮化硼到步骤2）所得的石墨烯层上，并在石墨烯层上预留生长第一电极的面积；

4）再将10层石墨烯转移到步骤3）所得的氮化硼层上；

5）在下层石墨烯层预留面积处及最上层的石墨烯层上利用热蒸发工艺分别沉积钛钯银复合电极，得到石墨烯基压力传感器。

实施例4：

1）分别使用等离子水、丙酮和异丙醇清洗200um厚PVDF压电薄膜并吹干；

2）转移2层石墨烯到步骤1）所得的PVDF压电薄膜上；

3）转移6层氮化硼到步骤2）所得的石墨烯层上，并在石墨烯层上预留生长第一电极的面积；

4）再将2层石墨烯转移到步骤3）所得的氮化硼层上；

5）在下层石墨烯层预留面积处及最上层的石墨烯层上利用电子束蒸发工艺分别沉积镍电极，得到石墨烯基压力传感器。

Claims (5)

1.一种石墨烯基压电传感器，其特征在于自下而上依次有PVDF压电薄膜（1）、第一石墨烯层（2）、氮化硼层（3）和第二石墨烯层（4），所述的压电传感器还设有第一电极（5）和第二电极（6），第一电极（5）设置在第一石墨烯层（2）上，第二电极（6）设置在第二石墨烯层（4）上。

2.根据权利要求1所述的石墨烯基压电传感器，其特征在于所述的第一石墨烯层（2）及第二石墨烯层（4）中的石墨烯均为1层至10层。

3.根据权利要求1所述的石墨烯基压电传感器，其特征在于所述的氮化硼层（3）中的氮化硼为1层至50层。

4.根据权利要求1所述的石墨烯基压电传感器，其特征在于所述的第一电极（5）和第二电极（6）均为金、钯、银、钛、铬和镍中的一种或者几种的复合电极。

5.制备如权利要求1-4任一项所述的石墨烯基压电传感器的方法，其特征在于包括如下步骤：

1）清洗PVDF压电薄膜并吹干；

2）将石墨烯转移到步骤1）所得的PVDF压电薄膜上，在PVDF压电薄膜上获得第一石墨烯层；

3）将氮化硼转移到步骤2）所得的第一石墨烯层上，并在第一石墨烯层上预留生长第一电极的面积；

4）将石墨烯转移到步骤3）所得氮化硼层上，再氮化硼层上获得第二石墨烯层；

5）在第一石墨烯层预留面积处制作第一电极，在第二石墨烯层上制作第二电极。