一種基于a相二氧化釩納米線的溫度控制開關(guān)及其制作方法
【專利說明】一種基于A相二氧化釩納米線的溫度控制開關(guān)及其制作方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及溫控技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于A相二氧化釩納米線的溫度控制開關(guān)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)終端，溫度控制開關(guān)(溫度傳感器)是一個(gè)非常重要的單元。傳統(tǒng)的溫度控制開關(guān)主要是基于金屬的熱膨脹原理以及液體和氣體受熱體積膨脹的性質(zhì)，因?yàn)榄h(huán)境溫度的變化使得不同熱膨脹系數(shù)的材料產(chǎn)生了程度不同的形變，從而改變其材料內(nèi)部的電阻率或者改變微平板電容的電容值，進(jìn)而導(dǎo)致了電學(xué)信號(hào)的變化。然而傳統(tǒng)的溫度控制開關(guān)，由于制備工藝和尺寸效應(yīng)的原因，很難適應(yīng)小型化的需求。然而隨著現(xiàn)代電子器件的發(fā)展，電子器件小型化的趨勢(shì)越來越明顯。
[0004]近年來，由于相變材料在相變前后，其物理和化學(xué)性質(zhì)相應(yīng)的會(huì)發(fā)生劇烈的變化而越來越受到重視。其中，Μ相二氧化釩因?yàn)樵谑覝馗浇?340K)有一個(gè)明顯的相變而受到非常多的關(guān)注。在相變前后，V02 (Μ)的電阻率有4-5個(gè)數(shù)量級(jí)的突變，這將會(huì)產(chǎn)生很多用處，例如可以將其制作為其相變點(diǎn)附近的溫度控制開關(guān)。隨著對(duì)水熱合成和二氧化釩制備技術(shù)的深入研究，人們發(fā)現(xiàn)另一種具有不同結(jié)構(gòu)的二氧化釩-A相二氧化釩，這種具有四方晶體結(jié)構(gòu)的A相二氧化釩在435K附近也會(huì)發(fā)生類似于V02(M)的結(jié)構(gòu)相變，它的相變同樣會(huì)導(dǎo)致其電阻率有1-2個(gè)數(shù)量級(jí)的突變。利用V02(A)的相變特性，可以制作性能優(yōu)良且可以在較高溫度使用的溫控開關(guān)。
[0005]當(dāng)下，在較高溫度的溫控開關(guān)還非常少。同時(shí)，由于受傳統(tǒng)材料性能的影響，傳統(tǒng)溫控開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間長，不利于高頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并且傳統(tǒng)溫控開關(guān)制作工藝復(fù)雜，封裝成本高，有些材料對(duì)環(huán)境有非常大污染，與其他傳感器的制作工藝兼容差，小型化也比較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于A相二氧化釩納米線的溫度控制開關(guān)及其制作方法。
[0007]本發(fā)明發(fā)現(xiàn)A相的二氧化釩納米線在435K附近有一個(gè)非常明顯的結(jié)構(gòu)相變，伴隨著相變，其電阻率在相變前后有1-2個(gè)數(shù)量級(jí)的突變。利用這個(gè)性質(zhì)，可以制作基于A相二氧化釩納米線的溫度控制開關(guān)，這為物聯(lián)網(wǎng)的溫度傳感器終端和電子器件小型化打下了良好的基礎(chǔ)。
[0008]一種溫度控制開關(guān)，包括溫度傳感材料，所述溫度傳感材料為A相二氧化釩納米線。
[0009]作為優(yōu)先，在上述溫度控制開關(guān)中，所述A相二氧化釩納米線的寬度為大于220nm。
[0010]作為優(yōu)先，在上述溫度控制開關(guān)中，所述A相二氧化釩納米線與金屬電極歐姆連接，設(shè)置于基底上，所述基底為鍍有Si02層的硅片;所述金屬電極為Au，Ni用于作為金屬電極與基底的粘結(jié)劑。
[0011]本發(fā)明采用的鍍有1OOnm厚的Si02的硅片，熱傳導(dǎo)率高，并且Si02層起到了良好的絕緣效果。
[0012]本發(fā)明所用的金屬電極為Ni/Au組合，這種電極組合可以較好的將納米線固定在基底上邊，并且可以與V02(A)納米線形成良好的歐姆接觸。
[0013]上述溫度控制開關(guān)的制作方法，包括如下步驟:取A相二氧化釩納米線放入燒杯中，往燒杯中倒入異丙醇，將混合液搖勻后放入超聲機(jī)中超聲;超聲完畢后將溶液滴在鍍有Si02層的硅片上面，將硅片放到勻膠機(jī)的吸盤上，接下來用甩膜的方法將納米線均勻甩在硅片上邊，納米線在被均勻分散到硅片上邊之后，將其放到加熱平臺(tái)上烘烤;烘烤完畢后，將其放在勻膠機(jī)的吸盤上邊，旋涂光刻膠，并在光刻機(jī)下曝光;曝光后經(jīng)過顯影，將硅片進(jìn)行金屬電極的蒸鍍，金屬電極選用Ni/Au組合，Ni作為和基底的粘結(jié)劑，并保證納米線和金屬電極的接觸為歐姆接觸;蒸鍍電極完成后，用去膠液去膠，將去膠液和硅片放在373K的烘箱中加熱，去膠過程中不可以對(duì)硅片超聲。
[0014]作為優(yōu)選，在上述溫度控制開關(guān)的制作方法中，所述甩膜的方法的方法為:初始轉(zhuǎn)速800r/min，時(shí)間9s，低轉(zhuǎn)速下將溶液甩開;最終轉(zhuǎn)速2500r/min，時(shí)間40s，高轉(zhuǎn)速下將納米線甩勻。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
1.本發(fā)明采用A相二氧化釩納米線作為傳感器制作材料，V02(A)對(duì)環(huán)境無害，在電子器件中可以大量使用。
[0016]2.本發(fā)明采用納米線為結(jié)構(gòu)單元，尺寸小，利于電子器件的小型化發(fā)展，適應(yīng)現(xiàn)代電子器件的發(fā)展趨勢(shì)。并且V02(A)相變是一個(gè)突變過程，這使得基于V02(A)納米線的溫控開關(guān)響應(yīng)迅速，利于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0017]3.本發(fā)明采用的V02(A)納米線，相變溫度在435K附近，這填補(bǔ)了較高溫度的溫控開關(guān)空白，利用其相變特性非常容易的實(shí)現(xiàn)了在較高溫度下的溫度控制，為物聯(lián)網(wǎng)終端傳感器奠定了良好的基礎(chǔ)，可以大量的將其作為在這個(gè)溫度附近的溫度控制開關(guān)。
[0018]4.本發(fā)明制作工藝簡單，成本低，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1是對(duì)應(yīng)的溫度控制開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖及其SEM圖；
其中，1為基底，2為A相二氧化釩納米線，3為金屬電極；
圖2是實(shí)驗(yàn)中不同寬度納米線的SEM圖；
圖3是測(cè)試的不同納米線的TEM圖；
圖4是不同寬度V02(A)的T-1回線；
(a)和(b)是寬度分別為72nm和96nm的V02(A)的T-1回線；(c)是寬度為220nm的V02(A)的T-1回線；(d)是寬度為530nm的V02(A)的T-1回線；(e)是寬度為740nm的V02(A)的T-1回線；(f)是寬度為2220nm的V02(A)的T-1回線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1:
稱取0.0lg重的A相二氧化釩納米線，放入50ml的燒杯中，往燒杯中倒入30ml的異丙醇，將混合液搖勻后放入超聲機(jī)中超聲30min。超聲完畢后用5ml的針管吸取0.5ml的溶液滴在鍍有Si02(100nm)層的硅片上面，將硅片放到勻膠機(jī)的吸盤上。接下來用甩膜的方法將納米線均勻甩在硅片上邊，初始轉(zhuǎn)速800r/min，時(shí)間9s，低轉(zhuǎn)速下將溶液甩開;最終轉(zhuǎn)速2500r/min，時(shí)間40s，高轉(zhuǎn)速下將納米線用勾。納米線在被均勾分散到娃片上邊之后，將其放到加熱平臺(tái)上，在100°C下烘烤lmin。烘烤完畢后，將其放在勻膠機(jī)的吸盤上邊，按照傳統(tǒng)的光刻工藝，旋涂光刻膠，并在光刻機(jī)下曝光。曝光后經(jīng)過顯影，將硅片放到E-beam中進(jìn)行金屬電極的蒸鍍，金屬電極選用Ni/Au組合。Ni作為和基底的粘結(jié)劑，并保證納米線和金屬電極的接觸為歐姆接觸。蒸鍍電極完成后，用去膠液去膠，去膠過程中不可以對(duì)硅片超聲，可以將去膠液和硅片放在373K的烘箱中加熱，這樣可以利于去膠。圖1是對(duì)應(yīng)的溫度控制開關(guān)的結(jié)構(gòu)；圖2是實(shí)驗(yàn)中不同寬度納米線的SEM圖；圖3是測(cè)試的不同納米線的TEM圖。圖4(a)和(b)是寬度分別為72nm和96nm的V02(A)的T-1回線?？梢钥闯?，納米線在較小尺寸時(shí)候不適合制作溫度控制開關(guān)。
[0021]實(shí)施例2:
稱取0.0lg重的A相二氧化釩納米線，放入50ml的燒杯中，往燒杯中倒入30ml的異丙醇，將混合液搖勻后放入超聲機(jī)中超聲30min。超聲完畢后用5ml的針管吸取0.5ml的溶液滴在鍍有Si02(100nm)層的硅片上面，將硅片放到勻膠機(jī)的吸盤上。接下來用甩膜的方法將納米