CN104390720B - 一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器及其制备方法，电容式温度传感器，包括由下至上依次设置的衬底、下电极、绝缘层、氧化石墨烯层和石墨烯层，其中下电极分为不相接触的两部分，分别称为左侧下电极和右侧下电极；所述左侧下电极和绝缘层、氧化石墨烯层以及石墨烯层构成左侧平板电容结构，右侧下电极和绝缘层、氧化石墨烯层以及石墨烯层构成右侧平板电容结构，左侧平板电容结构和右侧平板电容结构串联后输出。本发明采用三明治结构作为敏感电容，传感器灵敏度高；敏感电容上电极由石墨烯层构成，在导电的同时，具有隔离水气的作用，避免温湿度交叉敏感；石墨烯层由氧化石墨烯上表面通过化学还原的方法制备，工艺简单。

Description

一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器及其制备方法，属于微机电技术。

背景技术

温度传感器广泛应用于工业、农业、气象、交通、家用电器等众多领域。相比于电阻式温度传感器，电容式温度传感器的灵敏度高、功耗低。

利用敏感材料介电常数随温度变化的特性可以将温度变化量转换成电容变化量。1996年荷兰Vaisala(公司名)提出一种基于感温陶瓷的电容式温度传感器结构。2009年D.W.Lee(人名)等人提出氧化石墨烯的介电常数随温度变化；因此，可以将氧化石墨烯作为电容式温度传感器的敏感材料。然而氧化石墨烯也具有湿敏特性，2011年，Cheng-Long Zhao(人名)等人提出使用氧化石墨烯作为湿度敏感材料，制成叉指结构的电容式湿度传感器，获得良好的感湿特性。2013年，Chun-HuaCai(人名)等人利用体硅制成的立体叉指结构作为敏感电容，氧化石墨烯作为温度敏感电极制备了电容式温度传感器结构。这种电容式温度传感器制作工艺复杂，同时温度和湿度交叉敏感，应用具有局限性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器及其制备方法，能够在提高传感器灵敏度、避免温湿度交叉敏感的前提下简化传感器的制备工艺。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器，包括由下至上依次设置的衬底、下电极、绝缘层、氧化石墨烯层和石墨烯层，其中下电极分为不相接触的两部分，分别称为左侧下电极和右侧下电极；所述左侧下电极和绝缘层、氧化石墨烯层以及石墨烯层构成左侧平板电容结构，右侧下电极和绝缘层、氧化石墨烯层以及石墨烯层构成右侧平板电容结构，左侧平板电容结构和右侧平板电容结构串联后输出。

上述电容式温度传感器中，氧化石墨烯层为敏感材料层，石墨烯层具有良好的导电性能，能够起到电极的作用；同时由于石墨烯层具有隔离水气的作用，能够避免温湿度交叉敏感。

优选的，所述石墨烯层通过对氧化石墨烯层的上表面进行化学还原获得。

一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

(1)准备玻璃或陶瓷片作为衬底；

(2)在衬底上溅射或蒸发一层金属铝，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成左侧下电极和右侧下电极；

(3)使用PECVD或溅射工艺在左侧下电极和右侧下电极上淀积一层氧化硅，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成绝缘层；

(4)通过喷涂打印技术在绝缘层上形成图形化的氧化石墨烯层并加热固化；

(5)肼蒸汽还原的方法将氧化石墨烯层的上表面还原形成石墨烯层。

有益效果：本发明提供的基于氧化石墨烯的电容式温度传感器，采用三明治结构作为敏感电容，传感器灵敏度高；敏感电容上电极由石墨烯层构成，在导电的同时，具有隔离水气的作用，避免温湿度交叉敏感；石墨烯层由氧化石墨烯上表面通过化学还原的方法制备，工艺简单。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器，包括由下至上依次设置的衬底1、下电极、绝缘层4、氧化石墨烯层5和石墨烯层6，其中下电极分为不相接触的两部分，分别称为左侧下电极2和右侧下电极3；所述左侧下电极2和绝缘层4、氧化石墨烯层5以及石墨烯层6构成左侧平板电容结构，右侧下电极3和绝缘层4、氧化石墨烯层5以及石墨烯层6构成右侧平板电容结构，左侧平板电容结构和右侧平板电容结构串联后输出。

所述石墨烯层6通过对氧化石墨烯层5的上表面进行化学还原获得，石墨烯层6具有良好的导电性并起到隔离水气的作用。

上述电容式温度传感器的制备过程如下：

(1)准备玻璃或陶瓷片作为衬底1；

(2)在衬底1上溅射或蒸发一层金属铝，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成左侧下电极2和右侧下电极3；

(3)使用PECVD或溅射工艺在左侧下电极2和右侧下电极3上淀积一层氧化硅，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成绝缘层4；

(4)通过喷涂打印技术在绝缘层4上形成图形化的氧化石墨烯层5并加热固化；

(5)肼蒸汽还原的方法将氧化石墨烯层5的上表面还原形成石墨烯层6。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于氧化石墨烯的电容式温度传感器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)准备玻璃或陶瓷片作为衬底(1)；

(2)在衬底(1)上溅射或蒸发一层金属铝，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成左侧下电极(2)和右侧下电极(3)；

(3)使用PECVD或溅射工艺在左侧下电极(2)和右侧下电极(3)上淀积一层氧化硅，并利用光刻和刻蚀工艺使其图形化，形成绝缘层(4)；

(4)通过喷涂打印技术在绝缘层(4)上形成图形化的氧化石墨烯层(5)并加热固化；

(5)肼蒸汽还原的方法将氧化石墨烯层(5)的上表面还原形成石墨烯层(6)。

2.一种采用权利要求1的方法制备的基于氧化石墨烯的电容式温度传感器，其特征在于：包括由下至上依次设置的衬底(1)、下电极、绝缘层(4)、氧化石墨烯层(5)和石墨烯层(6)，其中下电极分为不相接触的两部分，分别称为左侧下电极(2)和右侧下电极(3)；所述左侧下电极(2)和绝缘层(4)、氧化石墨烯层(5)以及石墨烯层(6)构成左侧平板电容结构，右侧下电极(3)和绝缘层(4)、氧化石墨烯层(5)以及石墨烯层(6)构成右侧平板电容结构，左侧平板电容结构和右侧平板电容结构串联后输出。

3.根据权利要求2所述的基于氧化石墨烯的电容式温度传感器，其特征在于：所述石墨烯层(6)通过对氧化石墨烯层(5)的上表面进行化学还原获得。