基于氧化石墨烯的柔性集成溫濕度傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器，具體來說，涉及一種基于氧化石墨烯的柔性集成溫濕度傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于環(huán)境的溫濕度與人們的實際生活和工業(yè)生產(chǎn)有著密切的關(guān)系，因此近些年來，出現(xiàn)了集成一體化的溫濕度傳感器。一體化的溫濕度傳感器將環(huán)境中的溫度值和濕度值通過敏感材料轉(zhuǎn)化為易于測量的電信號。市場上的溫濕度傳感器一般是測量溫度量和相對濕度量?，F(xiàn)有的溫濕度集成傳感器一般采用金屬或硅等剛性材料制成，導(dǎo)致溫濕度集成傳感器不具有可彎曲變形的特點，從而使得其使用范圍大大縮小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于氧化石墨烯的柔性集成溫濕度傳感器及其制備方法，該溫濕度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、靈敏度高、重量輕，柔性和生物兼容性好，同時解決了氧化石墨烯的溫濕度交叉敏感的問題。
[0004]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實施例采用的技術(shù)方案是:
一種基于氧化石墨烯的柔性集成溫濕度傳感器，該傳感器包括柔性基板、下金屬電極、第一氧化石墨烯層、第一金屬電極、第二金屬電極和第二氧化石墨烯層；柔性基板固定連接在下金屬電極的上表面，柔性基板中設(shè)有通孔；第一氧化石墨烯層位于柔性基板的通孔中，且第一氧化石墨烯層充滿柔性基板的通孔；第一金屬電極和第二金屬電極分別與柔性基板的上表面相連接，第一金屬電極和第二金屬電極之間有間隙，且第一金屬電極覆蓋第一氧化石墨烯層；第二氧化石墨烯層連接在第一金屬電極和第二金屬電極的上表面，且延伸到第一金屬電極和第二金屬電極之間的間隙中，與柔性基板的上表面連接；第一金屬電極和第二金屬電極之間的間隙和柔性基板的通孔錯位布設(shè)。
[0005]作為優(yōu)選，所述的第一金屬電極的頂面和第二金屬電極的頂面分別設(shè)有引線連接區(qū)，第二氧化石墨烯層位于引線連接區(qū)的外側(cè)。
[0006]作為優(yōu)選，所述的第二氧化石墨烯層覆蓋在第一金屬電極除了引線連接區(qū)以外的整個頂面，第二氧化石墨烯層覆蓋在第二金屬電極除了引線連接區(qū)以外的整個頂面。
[0007]作為優(yōu)選，所述的柔性基板采用LCP制成。
[0008]作為優(yōu)選，所述的柔性基板通過激光打孔制成通孔。
[0009]一種基于氧化石墨烯的柔性集成溫濕度傳感器的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
第一步:對柔性基板進行激光打孔，形成通孔結(jié)構(gòu)；
第二步:利用層壓法將柔性基板與金屬箔粘合，金屬箔為下金屬電極；
第三步:在柔性基板上旋涂一層氧化石墨烯層，氧化石墨烯層填充柔性基板的通孔中，形成第一氧化石墨烯層； 第四步:在柔性基板的上表面涂上光刻膠層；
第五步:在柔性基板、第一氧化石墨烯層和光刻膠層上表面濺射一金屬層；
第六步:去除光刻膠層以及位于光刻膠層上的金屬層，形成第一金屬電極和第二金屬電極；
第七步:在第一金屬電極上表面的一端和第二金屬電極上表面的一端分別貼上膠布； 第八步:在第一金屬電極、第二金屬電極和膠布上旋涂氧化石墨烯薄膜；
第九步:撕去膠布及位于膠布上的氧化石墨烯薄膜，露出第一金屬電極的端部和第二金屬電極的端部，余下的氧化石墨稀薄膜形成第二氧化石墨稀層，制成傳感器。
[0010]作為優(yōu)選，所述的柔性基板采用LCP制成。
[0011]有益效果:與現(xiàn)有的溫濕度傳感器相比，本發(fā)明實施例的傳感器具有以下有益效果:本實施例的傳感器可彎曲變形，在彎曲變形的情況下依然能夠很好的工作，可安裝在任意形狀的物體表面檢測溫度。利用第一氧化石墨烯層和第二氧化石墨烯層分別制成溫濕度傳感器的溫度敏感電容和濕度敏感電容，實現(xiàn)了溫度和濕度的同時測量。其中溫度傳感器結(jié)構(gòu)具有自封裝功能，使得通孔中的溫敏氧化石墨烯層與濕氣隔離，因此相對應(yīng)的溫度敏感電容只對溫度敏感；此外溫度敏感電容的測量結(jié)果可以對濕度敏感電容的溫度漂移進行修正，由此獲得準(zhǔn)確的溫濕度測量結(jié)果。本實施例可以廣泛使用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實施例的剖視圖；
圖2為本發(fā)明實施例中制備方法的第一步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例中制備方法的第二步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例中制備方法的第三步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明實施例中制備方法的第四步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明實施例中制備方法的第五步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明實施例中制備方法的第六步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明實施例中制備方法的第七步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為本發(fā)明實施例中制備方法的第八步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為本發(fā)明實施例中制備方法的第九步的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中有:柔性基板1、下金屬電極2、第一氧化石墨烯層3、第一金屬電極4、第二金屬電極5、第二氧化石墨稀層6、光刻膠層7、金屬層8、膠布9、氧化石墨稀薄膜10。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種基于氧化石墨烯的柔性集成溫濕度傳感器，包括柔性基板1、下金屬電極2、第一氧化石墨烯層3、第二氧化石墨烯層6、第一金屬電極4和第二金屬電極5。柔性基板I固定連接在下金屬電極2的上表面，柔性基板I中設(shè)有通孔。第一氧化石墨烯層3位于柔性基板I的通孔中，且第一氧化石墨烯層3充滿柔性基板I的通孔。第一金屬電極4和第二金屬電極5分別與柔性基板I的上表面相連接，第一金屬電極4和第二金屬電極5之間有間隙，且第一金屬電極4覆蓋第一氧化石墨烯層3 ;第二氧化石墨稀層6連接在第一金屬電極4和第二金屬電極5的上表面，且延伸到第一金屬電極4和第二金屬電極5之間的間隙中，與柔性基板I的上表面連接。第一金屬電極4和第二金屬電極5之間的間隙和柔性基板I的通孔錯位布設(shè)。
[0016]上述實施例的柔性集成傳感器中，第一氧化石墨烯層3構(gòu)成溫度敏感電容，第二氧化石墨烯層6構(gòu)成濕度敏感電容。集成傳感器的工作過程是:測量時，第一金屬電極4接地，首先通過溫度敏感電容測量溫度，接著通過濕度敏感電容獲得未補償?shù)臐穸容敵?，然后利用溫度測量結(jié)果對濕度輸出進行溫度補償，獲得準(zhǔn)確的濕度測量結(jié)果。因為溫度敏感電容被柔性基板1、下金屬電極2和第一金屬電極4完全保護封裝起來，所以溫度敏感電容的變化只是由溫度作用引起的，下金屬電極2和第一金屬電極4輸出的電容變化也只是溫度作用的。而第一金屬電極4和第二金屬電極5輸出的濕度電容變化卻是溫度和濕度共同作用造成的，所以在濕度電容變化輸出里，利用溫度傳感器的溫度電容變化對其進行補償，就得到完全由濕度作用的電容變化輸出了。
[0017]氧化石墨稀既是一種感濕材料，又是一種感溫材料，基于氧化石墨稀的電容式溫度傳感器和電容式濕度傳感器都具有優(yōu)異的性能，但溫濕度交叉敏感的問題需要解決。本實施例利用溫度測量結(jié)果對濕度敏感電容獲得未補償?shù)臐穸容敵鲞M行溫度補償，解決溫濕度交叉敏感的問題。
[0018]上述實施例的傳感器中，柔性基板1、下金屬電極2、第一氧化石墨烯層3、第一金屬電極4、第二金屬電極5和第二氧化石墨烯層6，都是可以彎曲變形的，都具備一定的柔韌性，所以使得傳感器整體可以彎曲變形，繼而可使用到可穿戴設(shè)備領(lǐng)域。因為人體的手腕、脖子等皮膚表面都有一定的弧度，傳感器整體可彎曲變形，這樣便滿足了可穿戴設(shè)備的要求。
[0019]上述實施例的傳感器，構(gòu)成電容的第一金屬電極4和第二金屬電極5采用左右水平布設(shè)的方式，使得第二氧化石墨烯層6與空氣接觸面積變大。尤其是:第二氧化石墨烯層6覆蓋在第一金屬電極4中除了引線連接區(qū)以外的整個頂面，第二氧化石墨烯層6覆蓋在第二金屬電極5中除了引線連接區(qū)以外的整個頂面。這樣，第二氧化石墨烯層6可以吸收更多空氣中的水蒸氣，從而使氧化石墨烯薄膜6的介電常數(shù)變化更大，繼而達到了增大濕度傳感器的靈敏度的目的。
[0020]上述實施例的傳感器將溫度傳感器與濕度傳感器很好地集成在一起。其中，電容式溫度傳感器與電容式濕度傳感器都分別需要兩個金屬電極將電容變化輸出。本實施例中，第一金屬電極4既充當(dāng)了溫度傳感器的上金屬電極，又充當(dāng)了電容式濕度傳感器的一個電極板。這使得傳感器結(jié)構(gòu)簡單，同時制備工藝也大大簡化了。
[0021]上述實施例的傳感器中，利用柔性基板I通孔中的第一氧化石墨烯層3作為溫度傳感器的溫度敏感電容。由于第一氧化石墨烯層3填充柔性基板I中的