CN105938408A - 多模式传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种多模式传感器。该多模式传感器包括：多个第一导电电极，其彼此平行地布置，彼此间隔开一定距离；绝缘层，其形成在第一导电电极上；多个第二导电电极，其形成在绝缘层上，与第一导电电极交叉，并且彼此平行地布置，彼此间隔开；以及控制器，其施加电压到第一导电电极和第二导电电极上，其中控制器检测在第一导电电极与第二导电电极之间形成的电容，并且响应于电容的变化，感测外部温度、压力强度或施加了压力的位置。

Description

多模式传感器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求递交于2015年3月4日的韩国专利申请No.10-2015-0030186的权益，该申请的公开通过引用方式合并于此。
关于第三方研究项目的声明
该项工作在科学、ICT和未来规划部资助的韩国国家研究基金(NRF)的全球前沿项目(案号-2014M3A6A5060932)和基础科学研究项目(2014R1A1A1005933)下得到先进软电子中心的支持。
技术领域
本文所描述的实施例一般地涉及多模式传感器及其制造方法。
背景技术
进来，已经有关于与电子皮肤触觉传感器和化学传感器有关的技术的报告，这些传感器能够应用于各种领域，诸如生物监测系统、机器人皮肤和触觉显示器。
在常规的技术中，已经通过使用金属或无机物质来制造具有高灵敏度的大多数触觉传感器。然而，通过使用诸如金属和无机物质的材料制造的传感器在应用领域上面受到限制。因此，为了实现诸如电子皮肤和柔性显示器的电子产品，有必要使用柔性材料来制造柔性传感器。
为了进行生物监测，需要发展柔性电极来实现具有类似于人类皮肤的柔性特性的触觉传感器。然而，为了发展柔性电极，需要额外的复杂工艺，比如与柔性聚合物材料相结合以及图案化工艺。此外，这些工艺制造出的传感器具有尺寸上的限制。
同时，感测气体分子的大多数常规的化学传感器是电阻式传感器，并且已检测到当在传感层上吸收化学物质时发生的电阻变化。对于电阻式传感器，存在关于为获得传感器的高灵敏度而利于传感层上吸收化学物质的技术问题。也即，电阻式化学传感器具有这样的问题，仅当传感层和化学物质彼此直接反应时，才能进行传感。因此，为了使化学物质完全吸收到传感层上，很重要的是选择传感层的材料。因此，具有高灵敏度的大多数化学传感器要求诸如传感层的功能化和组合的额外工艺从而改善吸收。
韩国专利申请公开No.10-2011-0042924(发明名称：Piezoresistive-TypeTouch Panel,Manufacturing Method thereof,Display Device Including theSame,Touch Pad and Pressure Sensor(压敏电阻式触摸板、其制造方法、包括其的显示设备、触摸垫和压力传感器))描述了上文阐述的示例。具体地，该专利申请提供了用于制造压敏电阻式触摸板的方法，包括：生产聚合物膜，其中嵌入有具有根据压力而变化的电阻值压敏电阻膜图案；生产间隔层以将间隔层附着到聚合物膜的一面上；以及将下方衬底附着到间隔层的一面上。
韩国专利公开No.10-0821699(发明名称：Carbon Nanotube ChemicalSensor and Manufacturing Method thereof(碳纳米管化学传感器及其制造方法))也描述了该示例。具体地，本专利提供一种化学传感器，其包括：层叠在玻璃、硅或陶瓷衬底上的绝缘层；至少一对电极，其层叠在绝缘层的顶部上以彼此面对；以及传感器，其中散布有多个碳纳米管，在电极对彼此间隔的部分中，形成网络结构，其中传感器的多个碳纳米管以及该对电极和碳纳米管端子是导电的。
发明内容
鉴于上述，示例性的实施例提供了利用碳纳米管纤维来制造多模式传感器和气味传感器的方法，其简化了工艺且适合于大面积。
另外，示例性的实施例提供了能够被折叠、弯曲和扭曲的柔性的多模式传感器和气味传感器。
然而，本公开所要解决的问题不限于上面的说明，本领域技术人员根据下面的说明能够清楚地理解其他问题。
在一个示例性的实施例中，提供了多模式传感器。多模式传感器包括：多个第一导电电极，其彼此平行地布置，彼此间隔开一定距离；绝缘层，其形成在第一导电电极上；多个第二导电电极，其形成在绝缘层上，与第一导电电极交叉，并且彼此平行地布置，彼此间隔开；以及控制器，其将电压施加到第一导电电极和第二导电电极上，其中控制器检测在第一导电电极与第二导电电极之间形成的电容，并且响应于电容的变化，感测外部温度、压力强度或者施加了压力的位置。
在一个示例性的实施例中，提供了制造多模式传感器的方法。该方法包括：将多个第一导电电极布置在第一衬底上；将多个第二导电电极布置在第二衬底上；将绝缘层形成在第一导电电极上；以及将第一衬底和第二衬底彼此连接，从而使得多个第二导电电极接触到绝缘层上，其中将第一电极和第二电极彼此连接形成了彼此交叉的第一导电电极和第二导电电极。
在一个示例性的实施例中，提供了一种多模式传感器。该多模式传感器包括：第一导电电极；形成在第一导电电极上的绝缘层；第二导电电极，其形成在绝缘层上，并且与第一导电电极交叉；以及控制器，其将电压施加到第一导电电极和第二导电电极上，其中控制器检测在第一导电电极与第二导电电极之间形成的电容，并且响应于电容的变化，感测外部温度、压力强度或施加了压力的位置。
在一个示例性的实施例中，提供了一种制造多模式传感器的方法。该方法包括：将第一导电电极形成在平面形状的第一衬底上；将第二导电电极形成在平面形状的第二衬底上；将绝缘层形成在第一导电电极上；以及将第一衬底和第二衬底彼此连接，从而使第二导电电极接触到绝缘层上，其中将第一电极和第二电极彼此连接形成了彼此交叉的第一导电电极和第二导电电极。
根据示例性的实施例，提供了简化通过使用碳纳米管纤维来制造多模式传感器和气味传感器的工艺的效果。因此，根据本公开提供的一个示例性实施例，可以制造出适合于大区域的多模式传感器和气味传感器。
此外，可以制造出能够折叠、弯曲和扭曲的柔性多模式传感器和气味传感器。
另外，根据本公开提出的一个示例性实施例的气味传感器能够利用电容的变化来检测特定的物质，而不直接与导电电极反应。因此，存在提高气味传感器使用寿命的效果。
附图说明
图1示出了根据示例性实施例的多模式传感器的结构。
图2示出了根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元。
图3示出了根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元的剖面。
图4示出了根据另一示例性实施例的电容式多模式传感器的感测单元。
图5示出了根据另一示例性实施例的多模式传感器的感测单元。
图6示出了根据示例性实施例的多模式传感器中形成的电容。
图7示出了根据示例性实施例的取决于多模式传感器中的外部触摸的电容值的变化。
图8是根据示例性实施例的取决于多模式传感器中的外部触摸而变化的电容值的曲线图。
图9A-图9C示出了根据示例性实施例的多模式传感器中的取决于外部物质的电容的变化。
图10示出了在示例性实施例中所采取的化学物质的分子结构。
图11是根据示例性实施例的取决于多模式传感器的偶极矩值的电容值的曲线图。
图12A-图12F描绘了根据示例性实施例的制造多模式传感器的感测单元的方法。
图13示出了根据示例性实施例的制造碳纳米管纤维，该碳纳米管纤维形成多模式传感器的电极。
图14A-图14B示出了根据示例性实施例制造的碳纳米管纤维的表面的图像。
图15A-图15F描绘了根据另一示例性实施例的制造多模式传感器的感测单元的方法。
图16示出了根据实施例示例制造的多模式传感器的感测单元的图像。
图17是根据示例性实施例制造的感测单元的剖面的扫描电子显微镜图像。
图18是取决于根据示例性实施例制造的感测单元中的弯曲变化的电容的变化值的曲线图。
图19是取决于根据示例性实施例制造的多模式传感器中的压力变化的电容变化的曲线图。
图20是取决于根据示例性实施例制造的多模式传感器中的低的压力变化的电容变化的曲线图。
图21是取决于根据示例性实施例制造的多模式传感器中的温度变化的电容变化的曲线图。
图22示出了用于检测当压力施加到特定位置时根据示例性实施例制造的多模式传感器的该特定位置的坐标的示例性实施例。
图23A-图23C示出了使用根据示例性实施例制造的多模式传感器的示例性实施例。
图24示出了通过使用根据示例性实施例制造的多模式传感器来检测运动的示例性实施例。
图25示出了取决于接触根据示例性实施例制造的多模式传感器的溶剂的变化的电容的变化值。
图26示出了取决于接触据示例性实施例制造的多模式传感器的溶剂的pH变化的电容的变化值。
图27是当水和十二烷接触到根据示例性实施例制造的多模式传感器时电容的变化值比较的曲线图。
图28是取决于根据示例性实施例制造的多模式传感器的湿度的电容的变化值比较的曲线图。
具体实施方式
下面，将参考附图详细描述本公开的实施例，使得本领域技术人员可以容易地实现本公开。然而，值得注意的是，本公开不限于示例性的实施例，而是可以其他各种方式来实现。在附图中，为使得图简要，省去了与说明不直接相关的一些部件，在通篇文档中相同的附图标记指代相同的部件。
在通篇文档中，术语“连接到”或“耦合到”用来指示一个元件与另一元件的连接或耦合并且包括了如下两种情况：元件“直接连接或耦合到”另一元件，以及元件经由另外的元件“电连接或耦合”到另一元件。此外，除非上下文指出，否则在文档中使用的术语“包括或包含”和/或“包括有或包含有”表示除了所描述的组件、步骤、操作和/或元件之外，不排除一个或多个其他的组件、步骤、操作和/或元件的存在或添加。
下面，将对根据示例性实施例的多模式传感器及其制造方法进行详细说明。
图1示出了根据示例性实施例的多模式传感器的结构。
图2示出了根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元，并且图3示出了根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元的剖面。
参考图1，根据示例性实施例的多模式传感器包括感测单元10和控制器400。
感测单元10包括第一导电电极100a、第二导电电极100b、绝缘层200、第一衬底300a和第二衬底300b，如图2和图3所示。
参考图2和图3，根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元10包括：第一衬底300a，其为平面形状；以及第二衬底300b，其面对第一衬底300a且与第一衬底300a间隔开一定的距离。在该情况下，均具有平面形状的第一衬底300a和第二衬底300b保护第一导电电极100a和第二导电电极100b免于外界破坏。
第一衬底300a和第二衬底300b可以由柔性材料形成。关于柔性材料的示例，可以使用丙烯酸板、薄膜、塑料、聚合物材料、聚二甲硅氧烷(PDMS)或其他材料。另外，均具有平面形状的第一衬底300a和第二衬底300b可以由具有弹性的材料形成。
同时，第一衬底300a和第二衬底300b是被施加了外部压力的部件，并且可以通过外部压力而变形。另外，第一衬底300a和第二衬底300b可以在施加了外部压力之后恢复其原态。
第一导电电极100a可以形成在第一衬底300a的顶部上，第二导电电极100b可以形成在第二衬底300b的底部上。在该情况下，第一导电电极100a和第二导电电极100b可以呈线性形状且布置成彼此交叉。例如，在第一导电电极100a已经沿着X轴方向定位在第一衬底300a的顶部上的情况下，第二导电电极100b可以沿垂直于第一电极100a的Y轴方向定位。
在该情况下，第一导电电极100a和第二导电电极100b可以由具有导电性的无机物质形成，诸如碳纳米管纤维、碳纳米管膜、金、银、铜或导电聚合物，但是不限于这些。
根据示例性实施例的多模式传感器包括位于第一导电电极100a与第二导电电极100b之间的绝缘层200。在该情况下，绝缘层200可以由共聚酯(ecoflex)、PDMS或硅基物质中的任一种形成。
图4示出了根据另一示例性实施例的多模式传感器的感测单元。
参考图4，根据另一示例性实施例的感测单元可以进一步包括多个导电电极，这些导电电极与第一导电电极100a平行地形成在第一导电电极300a的顶部上。同样，根据另一示例性实施例的感测单元可以进一步包括多个导电电极，这些导电电极与第二导电电极100b平行地布置在第二衬底的底部上。在该情况下，多个导电电极可以具有线性形状并且布置成彼此间隔开一定距离。
图5示出了根据另一示例性实施例的多模式传感器的感测单元。
同时，根据另一示例性实施例的多模式传感器可以是气味传感器，并且包括接收器500，接收器500检测第一衬底300a或第二衬底300b上的特定的化学物质，如图5所示。在该情况下，根据待检测的化学物质，可以多样地选择接收器500。
返回图1，根据示例性实施例的多模式传感器包括在传感器之内或之外的控制器400。在该情况下，控制器400将电压施加到第一导电电极100a和第二导电电极100b上，并且检测在第一导电电极100a与第二导电电极100b之间形成的电容的值的变化。
更特别地，当电压施加到根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元上时，在第一导电电极100a与第二导电电极100b之间形成电容。在液态或气态化学物质存在的环境中，当发生触摸或者压力施加到第一衬底300a或第二衬底300b的表面上时，或者根据诸如外部湿度变化、温度变化和压力变化的各种环境变化，电容值实时地变化。在该情况下，控制器400可以测量实时变化的电容的值，以检测外部湿度变化、温度变化、在第一衬底300a或第二衬底300b的表面上发生触摸的位置、压力、存在于布置有多模式传感器的气体上的化学物质。
虽未示出，根据示例性实施例的控制器400包括模数转换器、信号处理器和存储器单元，以便检测实时变化的电容值，测量待触摸的位置，或者响应于压力、温度、湿度或化学物质而将检测到的电容值转换成诸如pH值的物理量。
在该情况下，模数转换器可以将实时检测到的电容值变成计算机可读数字值以将该值存储在存储器单元中。
另外，存储器单元是计算机存储介质之一并且可以包括通过用于存储诸如计算机可读指令代码、数据结构、程序模块或其他数据的信息的某种方法或技术实施的所有的易失性/非易失性的以及可移除的/非可移除的介质。例如，存储设备可以包括诸如只读存储器(ROM)的NAND闪存、随机存取存储器(RAM)、磁带、磁盘、闪存、光学数据存储设备、压缩快闪(CF)卡、安全数字(SD)卡、记忆棒、固态驱动(SSD)以及微SD卡以及诸如硬盘驱动器(HDD)的磁计算机存储设备。
信号处理器可以基于预先存储的数据库或查找表将电容值转换成特定化学物质的pH值、温度、压力、湿度。例如，信号处理器可以使用查找表根据特定的化学物质来计算与电容变化值匹配的偶极矩值，然后，检测对应的特定化学物质。
当压力施加到根据示例性实施例的多模式传感器的第一衬底300a或第二衬底300b时或者在根据示例性实施例的多模式传感器的第一衬底300a或第二衬底300b中发生触摸时，信号处理器可以计算施加了压力的位置或者发生触摸的位置的x坐标和y坐标。
另外，信号处理器可以实时地测量电容的变化量，并且确定在第一衬底300a上接触的第一对象本质上是否与在第二衬底300b上接触的第二对象相同。
图6示出了根据示例性实施例的多模式传感器中形成的电容。
图7示出了取决于根据示例性实施例的多模式传感器中的外部触摸的电容值的变化。
图8是取决于根据示例性实施例的多模式传感器中的外部触摸而变化的电容值的曲线图。
图9A-9C示出了取决于根据示例性实施例的多模式传感器中的外部物质的电容变化。
参考图6至图9C，根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元10包括形成在第一导电电极100a和第二导电电极100b的内部的电容(Cp)、在这两个电极内部边缘化的电容(Cf1)以及朝向这两个电极的外部边缘化的电容(Cf2)。因此，形成在根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元10中的电容的总量(Ct)遵照公式1。
[公式1]
Ct＝Cp+Cf1+Cf2
当用户触摸多模式传感器的第一衬底300a或第二衬底300b的表面时，待向外边缘化的电容(Cf2)通过用户的手泄漏。结果，形成在多模式传感器的感测单元10中的电容的总量(Ct)减少。
因此，控制器400通过在第一导电电极100a与第二导电电极100b之间产生的电容值的变化来检测外部温度、待施加到第一衬底300a或第二衬底300b上的压力的大小、待触摸位置、外部温度或者其他。
另一方面，如图9A-9C所示，当具有偶极矩的特定化学物质接触多模式传感器的第一衬底300a或第二衬底300b的表面时，得到了增加向外边缘化的电容(Cf2)的效果。结果，形成在多模式传感器的感测单元10中的电容的总量(C总)增加。
因此，控制器400可以通过在第一导电电极100a和第二导电电极100b之间产生的电容的变化来检测外部湿度、存在于第一衬底300a或第二衬底300b的表面上或表面附近的特定化学物质、特定化学物质的pH值或者其他。换言之，可以在化学物质与导电电极没有直接反应的情况下来检测特定化学物质，因此，能够提高传感器的使用寿命。
图10示出了在示例性实施例中采取的化学物质的偶极矩。
图11是与根据示例性实施例的多模式传感器的偶极矩的电容值的曲线图。
参考图10，随机化学物质具有它们的偶极矩值，这些偶极矩值各不相同。因此，如图11所示，根据示例性实施例的多模式传感器具有取决于随机化学物质的偶极矩值的不同的电容变化值。参考图11，能够确定这样的趋势，即，随着随机化学物质的偶极矩值增加，电容变化值增加。
图12A-12F特别地描绘了用于制造根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元的方法。
参考图12A-12F，用于制造根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元10的方法可以(a)制备第一衬底300a，并且将第一导电电极100a形成在第一衬底300a的顶部上。例如，形成第一导电电极100a的方法可以(b)将粘合剂层310施加到第一衬底300a上并且将线性的导电有机-无机材料沿着y轴布置到粘合剂层310的顶部上。
随后，用于制造根据示例性实施例的多模式传感器的感测单元10的方法可以(c)制备第二衬底300b，并且将第二导电电极100b形成在第二衬底300b的顶部上。例如，类似于形成第一导电电极100a的方法，形成第二电极100b的方法可以(d)将粘合剂层310施加到第二衬底300b上并且沿着x轴将导电电极布置在粘合剂层310的顶部上。
在该情况下，第一导电电极100a和第二导电电极100b可以由具有导电性的有机或无机材料中的任一种来形成，诸如碳纳米管纤维、碳纳米管膜、金、银、铜或导电的聚合物。
特别地，根据示例性实施例，第一导电电极100a和第二导电电极100b可以是碳纳米管纤维。
图13示出了制造碳纳米管纤维，其形成了根据示例性实施例的多模式传感器的电极。
在根据示例性实施例的多模式传感器中，可以通过借助电动机来缠绕碳纳米管膜来制造碳纳米管纤维，碳纳米管纤维形成第一导电电极100a和第二导电电极100b，如图13所示。在该情况下，可以根据借助电动机缠绕碳纳米管膜的次数来制造出具有期望直径的碳纳米管纤维。
具体地，可以通过加热竖直放置的石英管，使高纯度氢气流入石英管，以及将少量的碳纳米管合成溶液供给到竖直合成炉中，可以制备出碳纳米管膜。在该情况下，碳纳米管合成溶液是用作碳供给源的丙酮、作为催化剂前体的二茂铁、作为活性剂的噻吩以及用于抑制催化剂凝集的聚山梨酸酯_20的混合物。
更特别地，一旦合成溶液供给到合成炉中，借助热能，铁从作为催化剂前体的二茂铁中游离，并且硫从作为活性剂的噻吩中游离。此后，由于丙酮的分解，供给的碳扩散成硫化铁且饱和，并且碳纳米管开始生长。在该情况下，在溶液连续注入的情况下，碳纳米管形成聚集体，并且该聚集体可以缠绕到辊上以制造碳纳米管膜。随后，通过借助电动机来缠绕碳纳米管膜，可以制造出具有期望直径的碳纳米管纤维。
同时，本公开的发明人所提出的韩国专利No.10-2013-0044173和PCT/KR2013/010289更具体地描述了用于制造根据示例性实施例的碳纳米管纤维的方法。
图14A-14B示出了根据示例性实施例制备的碳纳米管纤维的表面的图像。
如图14A-14B所示，根据示例性实施例的碳纳米管纤维的表面不均匀。该特性有助于示例性实施例的多模式传感器在作为压力传感器或触摸传感器工作时甚至在低压力下也能灵敏地反应，实现了提高传感器灵敏度的效果。
参考图12A-12F，根据示例性实施例的用于制造多模式传感器的感测单元10的方法可以(e)在将第一导电电极100a和第二导电电极100b形成在第一衬底300a和第二衬底300b上之后，将绝缘材料施加到第一导电电极100a上以形成绝缘层200。在示例性实施例中，绝缘材料可以是共聚酯材料，其是具有弹性模量的硅基材料，但是不限于此。
随后，(f)第二衬底300b沿向上、向下、向右和向左的方法翻转并且与第一衬底连接，从而使得形成在第一衬底300a的顶部上的绝缘层200和形成在第二衬底300b的顶部上的第二导电电极100b彼此靠近。
图15A-15F具体地描绘了用于制造根据另一示例性实施例的多模式传感器的感测单元的方法。
同时，如图15A-15F所示，在第一衬底300a上制造第一导电电极100a的步骤(b)中，用于制造根据另一示例性实施例的多模式传感器的感测单元10的方法可以在施加到第一衬底300a上的粘合剂层310的顶部上将多个线性导电电极布置成彼此平行且有一定间距，从而与第一导电电极100a平行。
另外，在第二衬底300b上制造第二导电电极100b的步骤(d)中，在施加到第二衬底300b上的粘合剂层310的顶部上，多个线性导电电极可以布置成彼此平行且有一定的间距，从而与第二导电电极100b平行。
另外，根据另一示例性实施例，如图12A-12F和图15A-15F所示用于制造多模式传感器的感测单元10的方法可以进一步包括：将用于检测特定化学物质的接收器500附接到第一衬底300a或第二衬底300b的一个侧面上。在该情况下，可以根据待检测的化学物质来多样地选择接收器500。
图16示出了根据示例性实施例制造的多模式传感器的感测单元的图像。
图17是根据示例性实施例制造的感测单元的交叉部分的扫描电子显微镜图像。
图18是与根据示例性实施例制造的感测单元中的弯曲变化的电容的变化值的曲线图。
如图16至图18所示，根据示例性实施例制造的多模式传感器的感测单元10能够被折叠、弯曲和扭曲，并且极有柔性。因此，感测单元能够对于各种外部物理应力保持优良的耐用性。特别地，如图18所示，能够确定的是，当根据示例性实施例制造的多模式传感器的感测单元10弯曲时，传感器的电容值由于弯曲而增加。特别地，当发生了多模式传感器的弯曲时，电容值增加，而当弯曲程度减小时，电容值也减小。也即，根据示例性实施例的多模式传感器10除了感测垂直压力和触摸之外还感测弯曲。
图19是示出取决于根据示例性实施例制造的多模式传感器中的压力变化的电容的变化的曲线图。
图20是示出取决于根据示例性实施例制造的多模式传感器中的低的压力变化的电容的变化的曲线图。
参考图19，根据示例性实施例的多模式传感器的特征在于，当压力升高时，电容值增加，而当压力下降时，电容值减小。
另外，参考图20，能够确定的是，即使当施加了约0.38Pa的极低压力时，根据示例性实施例制造的多模式传感器也非常灵敏地反应。
也即，根据示例性实施例制造的多模式传感器的电容值与压力成比例，并且甚至在低压力下也能灵敏地反应。因此，根据示例性实施例制造的多模式传感器能够作为压力传感器来应用。
图21是示出取决于根据示例性实施例制造的多模式传感器中的温度变化的电容的变化的曲线图。
参考图21，能够确定的是，在根据示例性实施例的多模式传感器中，随着温度升高，电容值线性地减小。因此，根据示例性实施例的多模式传感器能够作为温度传感器来应用。
图22示出了在根据示例性实施例制造的多模式传感器中用于检测施加了压力的具体位置的坐标的示例。
图22的(a)所示的瓢虫重量为10mg。参考图22的(b)，能够确定的是在具有较小重量10mg的瓢虫存在的点处的电容的变化值很大。
在根据另一示例性实施例制造的多模式传感器10中，可以将多个第一碳纳米管纤维电极和多个第二碳纳米管纤维电极布置成彼此交叉。因此，通过测量在第一和第二碳纳米管纤维电极彼此交叉的各点处的电容值，可以检测到施加了触摸或压力的位置，即瓢虫存在的位置的x坐标和y坐标。另外，即使在多个点处发生了施加触摸或压力的运动，也可以实现多点触摸功能，因为电极彼此交叉的点是电分离的。
图23A-23C示出了使用根据示例性实施例制造的多模式传感器的示例。
图24示出了通过使用根据示例性实施例制造的多模式传感器来检测运动的示例。
如图23所示，(a)根据示例性实施例制造的多模式传感器附着到人的皮肤上，对于以下各项运动测量电容的变化：(b)当附着有传感器的人接触未附着有传感器的另一人时，以及(c)附着有传感器的人接触他/她的手。在图24中，运动I(20)示出了在图23的(b)示出的运动的情况下的电容变化值，运动II(30)示出了在图23(c)所示的运动的情况下的电容变化值。
参考图23和图24，在图23的(b)的运动的情况下，由于上述边缘电容效应(22)，电容值减小直至发生了与另一人的接触而使得压力被施加。然而，当另一只手接触传感器而使得实际上施加压力时，电容值由于压力而增加。
同时，在图23的(c)的运动的情况下，其中附着有传感器的人接触他/她的手，发生相同的现象，即电容值增加；然而，由于握住附着有传感器的人的手的另一只手连接到人的身体，实现了接地效应，所以边缘效应被抵消。因此，如图24的22所示的电容值减小直至施加了压力的现象不会发生。
该示例性实施例证实，根据示例性实施例的多模式传感器能够被用作运动传感器。如果传感器应用于机器人的皮肤上，则机器人能够预先感测接近机器人的人的运动而采取措施，并且还识别机器人接触真实皮肤的情形。
除了鉴别运动的示例性实施例之外，由于根据示例性实施例的多模式传感器能够借助第一衬底300a和第二衬底300b通过其两面来感测触摸、压力和温度变化以及其他，所以还可以确定接触到第一衬底300a上的第一对象和接触到第二衬底300b上的第二对象是否彼此相同。
图25示出了取决于接触根据示例性实施例制造的多模式传感器的溶剂的变化的电容的变化值。
图26示出了取决于接触根据示例性实施例制造的多模式传感器的溶剂的pH变化的电容的变化值。
参考图25，能够确定的是，当具有不同偶极矩的溶剂在相同的接触面积和相同质量的条件下接触根据示例性实施例制造的多模式传感器的第一衬底300a或第二衬底300b的表面时，由于随着偶极矩值高，所以电容变化值高。
另外，如图26所示，能够确定的是，在根据示例性实施例制造的多模式传感器中，电容根据接触传感器的溶剂的pH值而变化。具体地，根据示例性实施例，当具有相互不同的pH的人工汗液和蒸馏水落到电容式气味传感器上时，基于具有约7的pH的蒸馏水，随着pH增加，电容的变化值增加，并且随着pH减小，电容的变化值减小。
图27是当水和十二烷接触到根据示例性实施例制造的多模式传感器时用于比较电容变化值的曲线图。
参考图27，能够确定的是，当偶极矩彼此显著不同的水和十二烷接触到根据示例性实施例制造的多模式传感器而同时增加相同质量的水和十二烷，偶极矩约为1.85的水展现出比偶极矩为0的十二烷高的电容变化。
图28是用于对取决于根据示例性实施例制造的多模式传感器的湿度的电容变化值进行比较的曲线图。
参考图28，能够确定的是，根据示例性实施例制造的多模式传感器的电容值，随着相对湿度值增加而不断增加。上述的示例性实施例证实，根据示例性实施例的多模式传感器能够通过利用化学物质的偶极矩值来感测特定的化学物质，并且用作pH传感器以及湿度传感器。
此外，示例性实施例能够简化制造传感器的过程，并且通过使用碳纳米管纤维来制造适合于大区域的电容式多模式气味传感器。此外，可以制造出能够折叠、弯曲和扭曲的柔性多模式传感器。
上面本公开的说明为了示例说明的目的而提供，本领域技术人员将理解的是，可以在不改变本公开的技术构思和实质特征的情况下做出各种改变和修改。因此，显然上述实施例在所有方面都是示例性的且不限制本公开。例如，描述为单一类型的各组件能够以分布式方式来实现。同样，描述为分布式的组件能够以组合的方式来实现。
本公开的范围由下面的权利要求书及其等同内容来限定而不是由示例性实施例的详述来限定。应当理解，根据权利要求的含义和范围及其等同的含义和范围构思的所有变型例和实施例都包含在本发明构思的范围内。

Claims (30)

1.一种多模式传感器，包括：
多个第一导电电极，彼此平行地布置，彼此间隔开一定距离，
绝缘层，形成在第一导电电极上，
多个第二导电电极，形成在所述绝缘层上，与所述第一导电电极交叉，并且彼此平行地布置，彼此间隔开，以及
控制器，施加电压到所述第一导电电极和第二导电电极上，
其中所述控制器检测在所述第一导电电极与第二导电电极之间形成的电容，并且响应于电容的变化来感测外部温度、压力强度或施加了压力的位置。
2.如权利要求1所述的多模式传感器，
其中所述电容值包括根据待检测目标材料的存在而变化的边缘电容分量。
3.如权利要求2所述的多模式传感器，
其中所述控制器通过将多个预先存储的电容变化值与电容的变化进行比较来检测气体或液体中存在的特定化学物质，其中预先存储的电容变化值与每种化学物质的偶极矩匹配。
4.如权利要求1所述的多模式传感器，
其中所述多模式传感器包括形成在所述第一导电电极的底部上的第一衬底以及形成在所述第二导电电极的顶部上的第二衬底。
5.如权利要求4所述的多模式传感器，
其中所述控制器确定接触到所述第一衬底上的第一对象和接触到所述第二衬底上的第二对象本质上是否彼此相同。
6.如权利要求4所述的多模式传感器，
其中所述第一衬底和第二衬底是聚二甲硅氧烷(PDMS)、共聚酯、聚氨酯(PU)、聚邻苯二甲酸乙二酯(PET)和聚乙烯(PE)中的任一种。
7.如权利要求4所述的多模式传感器，进一步包括：
接收器，与所述第一衬底或第二衬底的一面上的特定化学物质结合。
8.如权利要求1所述的多模式传感器，
其中所述第一导电电极或第二导电电极由导电有机-无机材料形成。
9.如权利要求8所述的模式传感器，
其中所述导电有机-无机材料是碳纳米管纤维。
10.一种制造多模式传感器的方法，包括：
将多个第一导电电极布置在第一衬底上；
将多个第二导电电极布置在第二衬底上；
将绝缘层形成在第一导电电极上；以及
将所述第一衬底和第二衬底彼此连接，从而使得所述多个第二导电电极接触到所述绝缘层上，
其中所述第一电极和第二电极彼此连接形成了彼此交叉的第一导电电极和第二导电电极。
11.如权利要求10所述的方法，
其中所述第一衬底和第二衬底是聚二甲硅氧烷(PDMS)、共聚酯、聚氨酯(PU)、聚邻苯二甲酸乙二酯(PET)和聚乙烯(PE)中的任一种。
12.如权利要求10所述的方法，
其中所述绝缘层是PDMS、共聚酯、PU和PET中的任一种。
13.如权利要求10所述的方法，
其中所述第一导电电极或第二导电电极由导电有机-无机材料形成。
14.如权利要求13所述的方法，
其中所述导电有机-无机材料是碳纳米管纤维。
15.如权利要求10所述的方法，进一步包括：
在将所述第一衬底和第二衬底彼此连接之后，将接收器附接到所述第一衬底或第二衬底的一面上。
16.一种多模式传感器，包括：
第一导电电极，
绝缘层，形成在所述第一导电电极上，
第二导电电极，形成在所述绝缘层上，并且与所述第一导电电极交叉，以及
控制器，施加电压至所述第一导电电极和第二导电电极，
其中所述控制器检测在所述第一导电电极和第二导电电极之间形成的电容，并且响应于电容的变化来感测外部温度、压力强度或者施加压力的位置。
17.如权利要求16所述的多模式传感器，
其中所述电容值包括根据待检测的目标材料的存在而变化的边缘电容分量。
18.如权利要求17所述的多模式传感器，
其中，所述控制器通过将多个预先存储的电容变化值和所述电容的变化进行比较，来检测气体或液体中存在的特定化学物质，其中所述预先存储的电容变化值与每种化学物质的偶极矩匹配。
19.如权利要求16所述的多模式传感器，
其中所述多模式传感器包括形成在所述第一导电电极的底部上的第一衬底以及形成在所述第二导电电极的顶部上的第二衬底。
20.如权利要求19所述的多模式传感器，
其中所述控制器确定接触到所述第一衬底的第一对象和接触到所述第二衬底的第二对象本质上是否彼此相同。
21.如权利要求20所述的多模式传感器，进一步包括：
接收器，与所述第一衬底或第二衬底的一面上的特定化学物质结合。
22.如权利要求19所述的多模式传感器，
其中所述第一衬底和第二衬底是聚二甲硅氧烷(PDMS)、共聚酯、聚氨酯(PU)、聚邻苯二甲酸乙二酯(PET)和聚乙烯(PE)中的任一种。
23.如权利要求16所述的多模式传感器，
其中所述第一导电电极或第二导电电极由导电有机-无机材料形成。
24.如权利要求23所述的多模式传感器，
其中所述导电有机-无机材料是碳纳米管纤维。
25.一种制造多模式传感器的方法，包括：
将第一导电电极形成在平面形状的第一衬底上；
将第二导电电极形成在平面形状的第二衬底上；
将绝缘层形成在所述第一导电电极上；以及
将所述第一衬底和第二衬底彼此连接，从而使得所述第二导电电极接触到所述绝缘层上，
其中将所述第一电极和第二电极彼此连接形成彼此交叉的第一导电电极和第二导电电极。
26.如权利要求25所述的方法，
其中所述第一衬底和第二衬底是聚二甲硅氧烷(PDMS)、共聚酯、聚氨酯(PU)、聚邻苯二甲酸乙二酯(PET)和聚乙烯(PE)中的任一种。
27.如权利要求25所述的方法，
其中所述绝缘层是聚二甲硅氧烷(PDMS)、共聚酯、聚氨酯(PU)、聚邻苯二甲酸乙二酯(PET)和聚乙烯(PE)中的任一种。
28.如权利要求25所述的方法，
其中所述第一导电电极或第二导电电极由导电有机-无机材料形成。
29.如权利要求28所述的方法，
其中所述导电有机-无机材料是碳纳米管纤维。
30.如权利要求25所述的方法，进一步包括：
在将所述第一衬底和第二衬底彼此连接之后，将接收器附接到所述第一衬底或第二衬底的一面上。
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