CN108489377B - 基于石墨烯的多物理量检测传感器及应变传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于石墨烯的多物理量检测传感器及应变传感器，其主要包括绝缘基底，绝缘基底周向均布有多个石墨烯薄膜，各个石墨烯薄膜两端分别设置有电极，所述绝缘基底被一盖体封闭，盖体和绝缘基底之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体包括顶部和侧部，所述盖体的顶部为具有一定弹性的材料制成，所述盖体的顶部设置有石墨烯应变传感器薄膜，所述石墨烯应变传感器薄膜的两端设置有电极，所述盖体的侧部设置有石墨烯温度传感器薄膜，所述石墨烯温度传感器薄膜的两端设置有电极。本发明采用立体架构来布置多种传感器，有效节约了空间。且灵敏度较高。适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯的多物理量检测传感器及应变传感器。
背景技术
石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
目前，基于石墨烯开发出的薄膜传感器种类非常多，有石墨烯温度传感器薄膜、石墨烯湿度传感器薄膜、石墨烯应变传感器薄膜、石墨烯压力传感器薄膜等等。但现有的这些种类的传感器一般都是功能单一的传感器。当需要使用多种传感器时，各个传感器的布置安排成为一个难题，如何最大程度利用空间成为一个有待解决的问题。而目前，主要的研究方向还是石墨烯传感器的制备方法以及如何提高灵敏度。在合理架构石墨烯传感器方面很少有相关研究。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种有利于节省空间的基于石墨烯的多物理量检测传感器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于石墨烯的多物理量检测传感器，包括绝缘基底，绝缘基底周向均布有多个石墨烯薄膜，各个石墨烯薄膜两端分别设置有电极，所述绝缘基底被一盖体封闭，盖体和绝缘基底之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体包括顶部和侧部，所述盖体的顶部为具有一定弹性的材料制成，所述盖体的顶部设置有石墨烯应变传感器薄膜，所述石墨烯应变传感器薄膜的两端设置有电极，所述盖体的侧部设置有石墨烯温度传感器薄膜，所述石墨烯温度传感器薄膜的两端设置有电极。
进一步的是，所述石墨烯应变传感器薄膜设置在盖体的顶部的内表面。
进一步的是，所述石墨烯应变传感器薄膜为苯丙乳液/石墨烯复合薄膜。
进一步的是，所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜的表面覆盖有纳米金层。
进一步的是，所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜为网状形状。
本发明还提供了一种基于石墨烯的应变传感器，包括苯丙乳液/石墨烯复合薄膜，所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜两端设置有电极，所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜的表面覆盖有纳米金层，所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜为网状形状。
本发明的有益效果是：采用立体架构来布置多种传感器，有效节约了空间。且灵敏度较高。适用范围广。
附图说明
图1为绝缘基底上设置有多个石墨烯薄膜的示意图；
图2为盖体将绝缘基底封装后在盖体顶部设置石墨烯应变传感器薄膜的示意图；
图3为盖体侧部设置有石墨烯温度传感器薄膜的示意图；
图4为网状薄膜的示意图；
图中标记为：绝缘基底1，石墨烯薄膜2，盖体3，石墨烯应变传感器薄膜4，顶部5，石墨烯温度传感器薄膜6，侧部7。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图3所示，本发明的基于石墨烯的多物理量检测传感器，包括绝缘基底1，绝缘基底1周向均布有多个石墨烯薄膜2，各个石墨烯薄膜2两端分别设置有电极，所述绝缘基底1被一盖体3封闭，盖体3和绝缘基底1之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体3包括顶部5和侧部7，所述盖体3的顶部5为具有一定弹性的材料制成，所述盖体3的顶部5设置有石墨烯应变传感器薄膜4，所述石墨烯应变传感器薄膜4的两端设置有电极，所述盖体3的侧部7设置有石墨烯温度传感器薄膜6，所述石墨烯温度传感器薄膜6的两端设置有电极。
本发明的传感器在使用时，当将本发明的传感器朝某一方向移动，则密封腔内的气体浓度会相应发生变化，而石墨烯薄膜吸附气体后其电阻会发生相应的改变，以此来对加速度进行测试。盖体顶部的石墨烯应变传感器薄膜可对应变做出响应，侧部的石墨烯温度传感器薄膜可对温度的变化做出响应。基于上述架构，本发明可对多个物理量来进行检测。当然，如果需要，还可以在本发明的架构上继续添加其它薄膜类传感器。
本发明在加速度传感器的基础上，充分利用了其盖体所占的空间，使得整个传感器结构紧凑，占用空间小，可同时对多个物理量进行检测，应用领域广泛。
由于石墨烯应变传感器薄膜可能会与待测物直接接触，为了保护石墨烯应变传感器薄膜，现有的做法一般是增加一层聚合物层。也可以按照本发明所示，所述石墨烯应变传感器薄膜4设置在盖体3的顶部5的内表面。由于盖体3的顶部5具有一定弹性，因此可将应变传递给内表面的石墨烯应变传感器薄膜4，不会影响测量。当然，其灵敏度可能会受到一定影响，为此，可通过其它方法来提高其灵敏度，以下将介绍几种方法。
在上述基础上，为了方便制作出适应测试不同应变量的薄膜，同时增加薄膜对应变响应的灵敏度，所述石墨烯应变传感器薄膜4为苯丙乳液/石墨烯复合薄膜。苯丙乳液/石墨烯复合薄膜一般通过喷涂法制得。这种薄膜制成后，其上会产生微裂纹，这样有助于提高应变响应的灵敏度，同时，不同的喷涂量对不同应变的响应的灵敏度不同，因此可根据实际需要来制作不同类别的传感器薄膜。
虽然上述这种薄膜其灵敏度相对较高，但有时还无法满足需求，为此需要进一步提高灵敏度，为此，一方面可按照本发明所述，所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜的表面覆盖有纳米金层。纳米金层可用磁控溅射方式生成。纳米金颗粒在薄膜上分布有利于提高薄膜对应变响应的灵敏度。
同时，本发明通过实验还发现，可将薄膜制成图4所示的网状来提高灵敏度。且这种网状薄膜可与苯丙乳液/石墨烯复合薄膜的微裂纹缺陷产生叠加效应，使得对于应变测试的灵敏度显著提高。
实施例一：
基于石墨烯的多物理量检测传感器，包括绝缘基底1，绝缘基底1周向均布有多个石墨烯薄膜2，各个石墨烯薄膜2两端分别设置有电极，所述绝缘基底1被一盖体3封闭，盖体3和绝缘基底1之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体3包括顶部5和侧部7，所述盖体3的顶部5为具有一定弹性的材料制成，所述盖体3的顶部5的外表面或内表面设置有石墨烯应变传感器薄膜4，所述石墨烯应变传感器薄膜4的两端设置有电极，所述盖体3的侧部7设置有石墨烯温度传感器薄膜6，所述石墨烯温度传感器薄膜6的两端设置有电极。
实施例二：
基于石墨烯的多物理量检测传感器，包括绝缘基底1，绝缘基底1周向均布有多个石墨烯薄膜2，各个石墨烯薄膜2两端分别设置有电极，所述绝缘基底1被一盖体3封闭，盖体3和绝缘基底1之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体3包括顶部5和侧部7，所述盖体3的顶部5为具有一定弹性的材料制成，所述盖体3的顶部5设置有石墨烯应变传感器薄膜4，所述石墨烯应变传感器薄膜4的两端设置有电极，所述石墨烯应变传感器薄膜4为苯丙乳液/石墨烯复合薄膜。所述盖体3的侧部7设置有石墨烯温度传感器薄膜6，所述石墨烯温度传感器薄膜6的两端设置有电极。
实施例三：
基于石墨烯的多物理量检测传感器，包括绝缘基底1，绝缘基底1周向均布有多个石墨烯薄膜2，各个石墨烯薄膜2两端分别设置有电极，所述绝缘基底1被一盖体3封闭，盖体3和绝缘基底1之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体3包括顶部5和侧部7，所述盖体3的顶部5为具有一定弹性的材料制成，所述盖体3的顶部5设置有石墨烯应变传感器薄膜4，所述石墨烯应变传感器薄膜4的两端设置有电极，所述石墨烯应变传感器薄膜4为苯丙乳液/石墨烯复合薄膜。所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜表面通过磁控溅射法设置有纳米金层。所述盖体3的侧部7设置有石墨烯温度传感器薄膜6，所述石墨烯温度传感器薄膜6的两端设置有电极。
实施例四：
基于石墨烯的多物理量检测传感器，包括绝缘基底1，绝缘基底1周向均布有多个石墨烯薄膜2，各个石墨烯薄膜2两端分别设置有电极，所述绝缘基底1被一盖体3封闭，盖体3和绝缘基底1之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体3包括顶部5和侧部7，所述盖体3的顶部5为具有一定弹性的材料制成，所述盖体3的顶部5设置有石墨烯应变传感器薄膜4，所述石墨烯应变传感器薄膜4的两端设置有电极，所述石墨烯应变传感器薄膜4为苯丙乳液/石墨烯复合薄膜。所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜为网状。所述盖体3的侧部7设置有石墨烯温度传感器薄膜6，所述石墨烯温度传感器薄膜6的两端设置有电极。
实施例五：
基于石墨烯的多物理量检测传感器，包括绝缘基底1，绝缘基底1周向均布有多个石墨烯薄膜2，各个石墨烯薄膜2两端分别设置有电极，所述绝缘基底1被一盖体3封闭，盖体3和绝缘基底1之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体3包括顶部5和侧部7，所述盖体3的顶部5为具有一定弹性的材料制成，所述盖体3的顶部5设置有石墨烯应变传感器薄膜4，所述石墨烯应变传感器薄膜4的两端设置有电极，所述石墨烯应变传感器薄膜4为苯丙乳液/石墨烯复合薄膜。所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜为网状。所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜表面通过磁控溅射法设置有纳米金层。所述盖体3的侧部7设置有石墨烯温度传感器薄膜6，所述石墨烯温度传感器薄膜6的两端设置有电极。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.基于石墨烯的多物理量检测传感器，其特征在于：包括绝缘基底(1)，绝缘基底(1)周向均布有多个石墨烯薄膜(2)，各个石墨烯薄膜(2)两端分别设置有电极，所述绝缘基底(1)被一盖体(3)封闭，盖体(3)和绝缘基底(1)之间形成密封腔，所述密封腔内填充有气体，所述气体为CO或NO，所述盖体(3)包括顶部(5)和侧部(7)，所述盖体(3)的顶部(5)为具有一定弹性的材料制成，所述盖体(3)的顶部(5)设置有石墨烯应变传感器薄膜(4)，所述石墨烯应变传感器薄膜(4)的两端设置有电极，所述盖体(3)的侧部(7)设置有石墨烯温度传感器薄膜(6)，所述石墨烯温度传感器薄膜(6)的两端设置有电极；所述石墨烯应变传感器薄膜(4)设置在盖体(3)的顶部(5)的内表面；
所述石墨烯应变传感器薄膜(4)为苯丙乳液/石墨烯复合薄膜；
所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜的表面覆盖有纳米金层；
所述苯丙乳液/石墨烯复合薄膜为网状形状。
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