CN112504497A - 一种石墨烯薄膜传感器及其制备方法、设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种石墨烯薄膜传感器及制备方法、设备，该传感器从下到上，采用压力将基底、柔性电路板、碳纳米管薄膜以及导热绝缘陶瓷片一体封装，改变了传统传感器和机械结构分离式设计的方式，占用体积更小；以及该传感器采用灵敏度很高的碳纳米管薄膜作为传感器的敏感材料，柔性电路板作为引线方式，导热绝缘陶瓷作为封装材料，相比一般温度传感器灵敏度更高。此外，将传感器大部分集成设计在结构件表层，除了不需加装专用传感器实现减重，还可以减小体积，结构智能化强度设计等方法减轻飞行器重量，这对于飞行器减重减小体积有着重要的贡献。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及石墨烯薄膜传感器及其制备方法、设备。
背景技术
近年来随着航空航天飞行器对速度、机动性等提出更高的要求，要求其在具有高精度感知外界物理场变化的同时还要减重减体积。这对现代飞行器结构和传感器的设计提出新的挑战，传统的机械结构和传感器都是独立设计的，一般两部分都设计好再装配到一起，这种分离式结构不能满足轻量化、小型化的要求。
发明内容
为了解决现有技术中传感器和机械结构分离式设计导致的不能满足航天领域的轻量化和小型化要求的问题，本发明实施例提供一种采用压力一体封装的石墨烯薄膜传感器。该传感器采用灵敏度很高的碳纳米管薄膜作为传感器的敏感材料，柔性电路板作为引线方式，导热绝缘陶瓷作为封装材料，相比一般温度传感器灵敏度更高，占用体积更小。将传感器大部分集成设计在结构件表层，除了不需加装专用传感器实现减重，还可以减小体积，结构智能化强度设计等方法减轻飞行器重量，这对于飞行器减重减小体积有着重要的贡献。其具体技术方案如下：
第一方面，本发明的实施例提出了一种石墨烯薄膜传感器，从下到上依次包括：基底、柔性电路板、碳纳米管薄膜以及导热绝缘陶瓷片；采用压力将所述基底、柔性电路板、碳纳米管薄膜以及导热绝缘陶瓷片一体封装；其中，所述柔性电路板通过预设的极点与所述碳纳米管薄膜连接，用于采集碳纳米管薄膜电阻值。
进一步地，所述碳纳米管薄膜厚度在15μm-25μm之间。
进一步地，至少包括两个极点用于所述柔性电路板与所述碳纳米管薄膜连接，非接触位置具备相等数量的接线孔；所述柔性电路板厚度在0.1mm～0.2mm之间；所述接线孔用于引出连接线，与外部设备进行连接。
进一步地，所述导热绝缘陶瓷片的导热系数在160～180W/(m-K)之间；其厚度保证在0.18mm～0.2mm之间。
进一步地，封装时采用的所述压力在5～10N之间。
进一步地，所述基底为结构件表面或者为导热绝缘陶瓷。
进一步的，所述基底上设置有多种传感器的集成元件。
本发明的第二方面提供了一种设备，所述设备包括上述任一所述的传感器。
本发明的第三方面提供一种石墨烯薄膜传感器的制备方法，所述方法用于制备上述任一所述的传感器，包括步骤：
采用喷射吸虑法制作碳纳米管薄膜，并裁剪成预设大小；
将所述碳纳米管薄膜两端与柔性电路板的极点接触连接；
使用导热绝缘陶瓷片将所述碳纳米管薄膜和所述柔性电路板以一定压力压装在基底上，并通过粘合剂封装。
进一步的，至少包括两个极点用于所述柔性电路板与所述碳纳米管薄膜连接，非接触位置具备相等数量的接线孔；所述柔性电路板厚度在0.1mm～0.2mm之间；所述接线孔用于引出连接线，与外部设备进行连接。
进一步的，所述碳纳米管薄膜厚度在15μm-25μm之间；所述导热绝缘陶瓷片的导热系数在160～180W/(m-K)之间；其厚度保证在0.18mm～0.2mm之间；封装时采用的所述压力在5～10N之间。
进一步的，所述基底上设置有多种传感器的集成元件。
(3)有益效果
综上，本发明从下到上，采用压力将基底、柔性电路板、碳纳米管薄膜以及导热绝缘陶瓷片一体封装，改变了传统传感器和机械结构分离式设计的方式，占用体积更小；以及该传感器采用灵敏度很高的碳纳米管薄膜作为传感器的敏感材料，柔性电路板作为引线方式，导热绝缘陶瓷作为封装材料，相比一般温度传感器灵敏度更高。此外，将传感器大部分集成设计在结构件表层，除了不需加装专用传感器实现减重，还可以减小体积，结构智能化强度设计等方法减轻飞行器重量，这对于飞行器减重减小体积有着重要的贡献。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种石墨烯薄膜传感器的总体结构示意图。
图中：
1-导热绝缘陶瓷片；2-碳纳米管薄膜；3-柔性电路板；4-基底；5-极点；6-接线孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种石墨烯薄膜传感器的总体结构示意图，如图1所示，该传感器从下到上依次包括：基底(4)、柔性电路板(3)、碳纳米管薄膜(2)以及导热绝缘陶瓷片(1)；采用压力将所述基底(4)、柔性电路板(3)、碳纳米管薄膜(2)以及导热绝缘陶瓷片(1)一体封装；其中，所述柔性电路板(3)通过预设的极点(5)与所述碳纳米管薄膜连接，用于采集碳纳米管薄膜电阻值。
在本发明的实施例中，传感器的其他集成部件设置在结构件的表面。上述碳纳米管薄膜(2)为传感器敏感部分，柔性电路板(3)为信号采集部分，上述极点(5)至少包括两个，用于采集上述碳纳米管薄膜(2)的电阻值，上述基底(4)为结构件表面或者为导热绝缘陶瓷。在非接触的位置上设置有与上述极点(5)相等数量的接线孔，接线孔用于引出连接线，与外部设备进行连接。
本发明从下到上，采用压力将基底、柔性电路板、碳纳米管薄膜以及导热绝缘陶瓷片一体封装，改变了传统传感器和机械结构分离式设计的方式，占用体积更小；以及该传感器采用灵敏度很高的碳纳米管薄膜作为传感器的敏感材料，柔性电路板作为引线方式，导热绝缘陶瓷作为封装材料，相比一般温度传感器灵敏度更高。此外，将传感器大部分集成设计在结构件表层，除了不需加装专用传感器实现减重，还可以减小体积，结构智能化强度设计等方法减轻飞行器重量，这对于飞行器减重减小体积有着重要的贡献。
在本发明的可选实施方式中，上述碳纳米管薄膜厚度在15μm-25μm之间。优选的，其厚度选为20μm。
作为一种优选实施方式，柔性电路板厚度在0.1mm～0.2mm之间；导热绝缘陶瓷片的导热系数在160～180W/(m-K)之间；其厚度保证在0.18mm～0.2mm之间；封装时采用的所述压力在5～10N之间。
具体地，作为优选，上述柔性电路板厚度设置为0.15mm，导热绝缘陶瓷片的导热系数设置为170W/(m-K)，导热绝缘陶瓷片的厚度设置为0.19mm，压力设置为8N。
本发明的第二方面提供一种设备，该设备包括上述任一所述的传感器。
本发明的第三方面提供一种石墨烯薄膜传感器的制备方法，所述方法用于制备上述任一所述的传感器或设备，包括步骤：
采用喷射吸虑法制作碳纳米管薄膜，并裁剪成预设大小；
将所述碳纳米管薄膜两端与柔性电路板的极点接触连接；
使用导热绝缘陶瓷片将所述碳纳米管薄膜和所述柔性电路板以一定压力压装在基底上，并通过粘合剂封装。
在本发明的可选实施方式中，至少包括两个极点用于所述柔性电路板与所述碳纳米管薄膜连接，非接触位置具备相等数量的接线孔；所述柔性电路板厚度在0.1mm～0.2mm之间；所述接线孔用于引出连接线，与外部设备进行连接。
在本发明的可选实施方式中，所述碳纳米管薄膜厚度在15μm-25μm之间；所述导热绝缘陶瓷片的导热系数在160～180W/(m-K)之间；其厚度保证在0.18mm～0.2mm之间；封装时采用的所述压力在5～10N之间。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种石墨烯薄膜传感器，其特征在于，从下到上依次包括：基底、柔性电路板、碳纳米管薄膜以及导热绝缘陶瓷片；采用压力将所述基底、柔性电路板、碳纳米管薄膜以及导热绝缘陶瓷片一体封装；其中，所述柔性电路板通过预设的极点与所述碳纳米管薄膜连接，用于采集碳纳米管薄膜电阻值。
2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述碳纳米管薄膜厚度在15μm-25μm之间。
3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，至少包括两个极点用于所述柔性电路板与所述碳纳米管薄膜接触，非接触位置具备相等数量的接线孔；所述柔性电路板厚度在0.1mm～0.2mm之间；所述接线孔用于引出连接线，与外部设备进行连接。
4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述导热绝缘陶瓷片的导热系数在160～180W/(m-K)之间；其厚度保证在0.18mm～0.2mm之间。
5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，封装时采用的所述压力在5～10N之间。
6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述基底为结构件表面或者为导热绝缘陶瓷。
7.一种设备，其特征在于，所述设备包括上述权利要求1-6任一所述的传感器。
8.一种石墨烯薄膜传感器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备上述权利要求1-6任一所述的传感器，包括步骤：
采用喷射吸虑法制作碳纳米管薄膜，并裁剪成预设大小；
将所述碳纳米管薄膜两端与柔性电路板的极点接触连接；
使用导热绝缘陶瓷片将所述碳纳米管薄膜和所述柔性电路板以一定压力压装在基底上，并通过粘合剂封装。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，至少包括两个极点用于所述柔性电路板与所述碳纳米管薄膜连接，非接触位置具备相等数量的接线孔；所述柔性电路板厚度在0.1mm～0.2mm之间；所述接线孔用于引出连接线，与外部设备进行连接。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管薄膜厚度在15μm-25μm之间；所述导热绝缘陶瓷片的导热系数在160～180W/(m-K)之间；其厚度保证在0.18mm～0.2mm之间；封装时采用的所述压力在5～10N之间。
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