CN112484897B - 可测量水下横流的柔性压力传感器及其制作与测量方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种可测量水下横流的柔性压力传感器，其玻璃基片上设置有至少1片柔性压力传感芯片；柔性压力传感芯片由PDMS与导电石墨烯复合材料浇铸而成,石墨烯以导电纳米颗粒混合入PDMS中；柔性压力传感芯片的柔性基片上面设置由多片凸筋排列形成的凸筋陈列,每片凸筋呈不对称的形状；凸筋陈列的两侧分别设置有导电Ag工作电极块及其引出线；本发明利用柔性导电料受压变形会引起电阻值变化的原理；采用MEMS加工技术，用硅基片制成凸模具,利用凸模具浇筑成凹模具，石墨烯和PDMS混合物在凹模具中浇筑成型，后磁控溅射形成导电Ag工作电极块得到柔性压力传感芯片；使用前先进行标定，获得标定函数关系后，就可以在现场测量。

Description

可测量水下横流的柔性压力传感器及其制作与测量方法
技术领域：
本发明涉及流体压力测量与传感器技术领域，具体涉及一种可测量水下横流的柔性压力传感器及其制作方法与测量方法。
背景技术：
侧线系统是鱼的神经系统的一部分,生长在体侧的鳞片上,称为侧线鳞,两侧各有一条。当海洋的波涛拍击着礁石险滩，引起水流和振动频率的改变，鱼的侧线就能及时地觉察这些变化，准确地改变自己游动的方向，安全地绕过暗礁和险滩。模仿鱼的侧线系统，是否可以设计一款能判断水流流向的芯片传感器。
柔性压力传感器是近几年压力传感器的热门领域，因为其较高的灵敏度特性和柔软特性，现在大多数都是应用在电子皮肤和医疗等领域，所以我们的想法是利用柔性传感器的形变特点，制作出能随压力发生明显形变的方向式芯片传感器。
柔性压力传感器的原理就是利用填充物质的物理导电性，不同的形变会影响导电颗粒的传播途径，所以如果我们对芯片施加左、右两种不同方向的压力，会产生两个不一样的灵敏度曲线，避免了传统压力传感器只能将压力作用于膜片上所产生的单一的灵敏度曲线。
使用有机柔性材料或者其它结构的柔性传感器因为具有较为广阔的应用前景而成为近几年来传感器研究的热门，目前，研究人员已经设计并制备出各种柔性压力传感器并应用在机器人和机器手控制、电子皮肤、无人车辆控制、医疗和结构测量等领域，但尚未有将柔性压力传感器用于流速测量的详细文献报导。柔性压力传感器是近几年压力传感器的热门领域，因为其较高的灵敏度特性和柔软特性，现在大多数都是应用在电子皮肤和医疗等领域，所以我们的想法是利用柔性传感器的形变特点，制作出能随压力发生明显形变的方向式芯片传感器。
聚二甲基硅氧烷，英文名称Polydimethylsiloxane，简称PDMS。是一种高分子有机聚合物，具有光学透明与内部细微结构的多孔性，而且生物兼容性很好。PDMS的应用包括在生物微机电中的微流道系统、填缝剂、润滑剂、隐形眼镜。液态时的聚二甲基硅氧烷为一黏稠液体，称做硅油，是一种具有不同聚合度链状结构的有机硅氧烷混合物，其端基和侧基全为烃基(如甲基、乙基、苯基等)。
石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是最理想的二维纳米材料。理想的石墨烯结构为六边形平面晶格，可以认为是剥离的石墨分子层，石墨烯具有良好的导电性。石墨烯具有许多优良的特性，断裂强度高达125GPa，杨氏模量为1100GPa，高导热系数5000Wm-1K-1，载流子迁移率200000cm2V-1s-1，比表面积高达2630m2g-1。由于石墨烯优异的性能，可广泛应用于能量存储、催化以及传感领域。
电阻式柔性压力传感器就是使用碳纳米管、石墨烯以及炭黑等导电纳米颗粒混合入PDMS，制备成具有压电效应的导电橡胶。这种导电橡胶在承受外界压力作用的时候，PDMS胶体中的导电颗粒间距变化，这样在固定施加电压下隧穿电流变化，就会导致导电橡胶的电阻发生变化，并且由于石墨烯优异的特性，制备出的柔性传感器有较快较灵敏的传感特性。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种可测量水下横流的柔性压力传感器及其制作方法与测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明可测量水下横流的柔性压力传感器的技术方案为：
一种可测量水下横流的柔性压力传感器，包括玻璃基片，其特征在于，所述玻璃基片上设置有至少1片柔性压力传感芯片；所述柔性压力传感芯片由PDMS与导电石墨烯复合材料浇铸而成,所述石墨烯以导电纳米颗粒混合入PDMS中；所述柔性压力传感芯片包括柔性基片,所述柔性基片上面设置由多片凸筋排列形成的凸筋陈列,每片凸筋按使用时水流经过方向呈不对称的形状；所述凸筋陈列的两侧分别设置有导电Ag工作电极块及其引出线。
以下为本发明可测量水下横流的柔性压力传感器进一步的方案：
所述柔性压力传感芯片的每片凸筋的同一侧设置有斜坡。
所述玻璃基片上设置有2片所述的柔性压力传感芯片，所述2片柔性压力传感芯片按使用时水流经过方向呈前后间隔排列。
为了解决上述技术问题，本发明可测量水下横流的柔性压力传感器的制作方法所采用的技术方案为：
一种柔性压力传感器的制作方法，包括先制作柔性压力传感芯片，后将制作好的柔性压力传感芯片贴合至玻璃基片上；其特征在于，制作柔性压力传感芯片的过程包括其成型模具的制作与成型材料的制作；其成型模具的制作采用MEMS加工技术，包括先按目标物形状用硅基片，制备成凸模具,再在凸模具结构面上用有机成型料浇筑成型，所述有机成型料为具有加热能固化成型黏稠液体，待其成型后脱模获得凹模具，后将脱模的凹模具加热固化后，在其结构槽表面溅射一层金属层；其成型材料的制作为石墨烯和PDMS混合物的制备；后将石墨烯和PDMS混合物倒入凹模具中浇筑成型，待其成型后脱模，再在真空干燥箱中烘干固化后脱模剥离，得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片的半成品，最后采用磁控溅射工艺，在凸筋陈列的两侧分别进行真空沉积，形成导电Ag工作电极块，并用银糊浇铸形成用于将每个电极与外接导线连接的引出线，得到完整的柔性压力传感器。
以下为本发明可测量水下横流的柔性压力传感器制作方法进一步的方案：
所述有机成型料选用PDMS，所述凸模具与凹模具的制作过程包括以下步骤：
步骤一、选择表面为(100)晶面的单面抛光硅片作为硅基片的原材料，硅片表面平整度小于1um，对其表面进行氧化处理，形成氧化硅层；
步骤二、在已形成氧化硅层后的基片正面甩涂光刻胶层，形成光刻胶层；
步骤三、光刻显影，在氧化硅层上制备出多个窗口；
步骤四、用BOE腐蚀液湿法刻蚀氧化硅层，制备出腐蚀窗口；
步骤五、用H2SO4与H2O2混合溶液去除表面光刻胶层；
步骤六、采用30％KOH腐蚀液，在50℃的温度条件下，对硅基片实施各向异性湿法刻蚀，制备出多个微米尺寸的锥形沟道，通过控制腐蚀速率和腐蚀时间使锥形沟道的深度达到设定值；
步骤七、继续采用H2SO4与H2O2混合溶液去除氧化硅层；
步骤八、对多个锥形沟的其中一边表面进行氧化处理，制备厚度均匀的单边氧化层；
步骤九、将未被氧化层覆盖的部分用氩气进行干法刻蚀，留下部分形成的模凸筋陈列,刻蚀时控制留下的模凸筋高度为210um～300um，制备成凸模具；
步骤十、在硅基片上浇筑已经抽好真空的PDMS，静置半小时后，放在90℃烘箱内烘1小时±2分钟，然后脱模获得PDMS材质的凹模具，模凸筋中的模凸筋陈列在凹模具中形成相应的模凹槽陈列；
步骤十一、对PDMS材质的凹模具进行磁控溅射，先后分别用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗，然后用氮气吹干，采用磁控溅射技术在表面溅射一层20nm厚的Al层。
所述石墨烯和PDMS混合物的制备为：在25℃±1℃的温度条件下，将少量石墨烯加入到无水乙醇中超声分散，静置3小时±5分钟，后将石墨烯分散液加入到PDMS预聚物中，加热至100℃，磁控搅拌直到无水乙醇完全挥发掉，将混合物放在室温下冷却3小时±5分钟，将PDMS预聚物和固化剂按10：1配比的PDMS固化剂加入混合物中搅拌，放入真空烘箱中去除气泡后备用。
将石墨烯和PDMS混合物倒入凹模具中浇筑成型后，在90℃±1℃的真空干燥箱中固化2小时±3分钟后脱模剥离，得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片半成品。
得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片半成品后，采用磁控溅射工艺在其表面进行真空沉积，形成Ag电极，并用熔融的银糊制备用于将每个电极与外接导线连接的引出线，得到完整的柔性压力传感器；在所述导电Ag工作电极块形成前，采用氧等离子体和十二烷基硫酸钠(SDS)溶液对柔性复合材料表面进行复合改性，然后将PDMS复合膜浸入十二烷基硫酸钠溶液中，以确保Ag与PDMS之间紧密接触。
所述硅片为包括多个单个硅基片的整片，所述凸模具是由整片硅基片制备而成的包括相应多个单个凸模具的组合凸模具片，所述凹模具是由组合凸模具片制备而成的包括相应多个单个凹模具的组合凹模具片，所述传感芯片半成品是由组合凹模具片制备而成的包括相应多个单个传感芯片半成品的组合传感芯片半成品片；在将所述柔性压力传感芯片贴合至玻璃基片上前，将组合传感芯片半成品片切割成单个传感芯片半成品。
将制作好的柔性压力传感芯片贴合至玻璃基片上的过程，包括将制作好的柔性压力传感芯片和玻璃基片一起清洗，取出后以结构面相迎合的方式迅速在显微镜下对准键合，然后置于105℃±1℃热板上加热2小时±5分钟，使两者键合牢固。
为了解决上述技术问题，本发明可测量水下横流的柔性压力传感器的测量方法所采用的技术方案为：
一种水下横流测量方法，其特征在于，使用如上所述任一种柔性压力传感器，配置电化学工作站、电脑，将柔性压力传感器与电化学工作站、电脑相连接，形成水下横流测量系统；测量前先用此水下横流测量系统分别标定单个柔性压力传感器电阻与水深静压力的线性对应关系，单个柔性压力传感器电阻在各级设定深度与水下横流压力的对应关系式；在标定获得单个柔性压力传感器电阻与水深静压力的线性对应关系与单个柔性压力传感器电阻在各级设定深度与水下横流压力的对应关系式后，进行水下横流测量，通过测量获得柔性压力传感器电阻变化值来获得柔性压力传感器所在处水下横流的压力与流速参数值。
本发明可测量水下横流的柔性压力传感器发明灵感来源于鱼的侧线器官。如图8所示，侧线系统是鱼的神经系统,生长在体侧的鳞片上,称为侧线鳞,两侧各有一条。鱼在水域中生活的主要依靠就是它的侧线器官，当海洋的波涛拍击着礁石险滩，引起水流和振动频率的改变，鱼的侧线就能及时地觉察这些变化，准确地改变自己游动的方向，安全地绕过暗礁和险滩，我们猜想鳞片这样的有规律的层次结构是否可以运用到我们的生物仿生芯片中去，于是根据这个灵感来源，进而设计一款能判断水流流向的芯片传感器。柔性压力传感器是近几年压力传感器的热门领域，因为其较高的灵敏度特性和柔软特性，现在大多数都是应用在电子皮肤和医疗等领域，所以我们的想法是利用柔性传感器的形变特点，制作出能随压力发生明显形变的方向式芯片传感器。
本发明可测量水下横流的柔性压力传感器的原理就是利用填充物质的物理导电性，不同的形变会影响导电颗粒的导电性能，进而影响柔性压力传感芯片的电阻值。所以如果将芯片浸入水中时，柔性压力传感芯片的电阻值在受到水深静压力变形而变化；当柔性压力传感芯片在水下又受到横向水流冲击时的进一步变形，柔性压力传感芯片的电阻值又会带来进一步的变化。本发明利用此原理而为，所以，本发明柔性压力传感器能通过自身的受压变形感知水深静压力与横向水流的压力与流速。
本发明在提供测量水深静压力方案的基础上，又进一步提供了测量横向水流的压力与流速的可行方案，并为此技术的进一步发展提供了新的思路。
附图说明
图1为本发明柔性压力传感芯片示意图。
图2为本发明单芯片柔性压力传感器示意图。
图3为本发明双芯片柔性压力传感器示意图。
图4为本发明单芯片柔性压力传感器测量标定系统示意图。
图5为本发明柔性压力传感器制作方法中的凸模具制作步骤示意图。
图6为利用凸模具制作凹模具与柔性压力传感芯片步骤示意图。
图7为本发明单芯片柔性压力传感器测量系统示意图。
图8为鱼及其侧线器官示意图。
图5、图6是示意性的，并不与其实际剖面形状相对应。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明可测量水下横流的柔性压力传感器，包括玻璃基片1，玻璃基片1上设置有至少1片柔性压力传感芯片2。柔性压力传感芯片2由PDMS与导电石墨烯复合材料浇铸而成，由于PDMS是一种高分子有机聚合物，其内部细微结构的多孔性，石墨烯具导电性，石墨烯以导电纳米颗粒混合入PDMS中，所以柔性压力传感芯片2也就具有导电性，其质地是柔性的，遇到外界压力有会变形。变形时又会对其导电性能造成影响。导电性能的指标为其电阻值R。柔性压力传感芯片2在水下静压力作用下会受压压缩，石墨烯导电纳米颗粒之间相互靠近，其电阻值R会增大。这样，就可以通过测量柔性压力传感芯片的电阻值R，来测量柔性压力传感芯片2所受到的压力。玻璃基片1的作用主要是充当柔性压力传感芯片2支撑物。否则，光是柔性压力传感芯片2在其作业环境下是很容易损坏的。
如图2所示，柔性压力传感芯片2包括柔性基片3,柔性基片3上面设置由多片凸筋4排列形成的凸筋4陈列,每片凸筋4按使用时水流经过方向呈不对称的形状；凸筋4陈列的两侧分别设置有导电Ag工作电极块5及其引出线。经其两侧导电Ag工作电极块5及其引出线，可以方便地测出柔性压力传感芯片2电阻值。如图1所示，柔性压力传感芯片2的每片凸筋4的同一侧设置有斜坡6。
如图3所示，玻璃基片1上设置有2片的柔性压力传感芯片2，2片柔性压力传感芯片2按使用时水流经过方向呈前后间隔排列。
本发明柔性压力传感器的制作方法，包括先制作柔性压力传感芯片2，后将制作好的柔性压力传感芯片2贴合至玻璃基片1上。制作柔性压力传感芯片2的过程包括其成型模具的制作与成型材料的制作；其成型模具的制作采用MEMS加工技术，包括先按目标物形状用硅基片7，制备成凸模具17,再在凸模具17结构面上用有机成型料浇筑成型，有机成型料为具有加热能固化成型黏稠液体，待其成型后脱模获得凹模具18，后将脱模的凹模具18加热固化后，在其结构槽表面溅射一层金属层；其成型材料的制作为石墨烯和PDMS混合物的制备；后将石墨烯和PDMS混合物倒入凹模具18中浇筑成型，待其成型后脱模，再在真空干燥箱中烘干固化后脱模剥离，得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片2的半成品，最后采用磁控溅射工艺，在凸筋4陈列的两侧分别进行真空沉积，形成导电Ag工作电极块5，并用银糊浇铸形成用于将每个电极与外接导线连接的引出线，得到完整的柔性压力传感器。
有机成型料选用PDMS，凸模具17与凹模具18的制作过程，如图5所示，包括以下步骤：
步骤一、如图5-1所示，选择表面为(100)晶面的单面抛光硅片作为硅基片7的原材料，硅片表面平整度小于1um，对其表面进行氧化处理，形成氧化硅层8；
步骤二、如图5-2所示，在已形成氧化硅层后的基片正面甩涂光刻胶层，形成光刻胶层9；
步骤三、如图5-3所示，光刻显影，在氧化硅层上制备出多个窗口10；
步骤四、如图5-4所示，用BOE腐蚀液湿法刻蚀氧化硅层，制备出腐蚀窗口11；
步骤五、如图5-5所示，用H2SO4与H2O2混合溶液去除表面光刻胶层9；
步骤六、如图5-6所示，采用30％KOH腐蚀液，在50℃的温度条件下，对硅基片实施各向异性湿法刻蚀，制备出多个微米尺寸的锥形沟道12，通过控制腐蚀速率和腐蚀时间使锥形沟道12的深度达到设定值；
步骤七、如图5-7所示，继续采用H2SO4与H2O2混合溶液去除氧化硅层8；
步骤八、如图5-8所示，对多个锥形沟的其中一边表面进行氧化处理，制备厚度均匀的单边氧化层13；
步骤九、如图5-9所示，将未被氧化层13覆盖的部分用氩气进行干法刻蚀，留下部分形成模凸筋14陈列,刻蚀时控制留下的模凸筋14高度为210um～300um，制备成凸模具17；
步骤十、如图6-1所示，在硅基片上浇筑已经抽好真空的PDMS，静置半小时后，放在90℃烘箱内烘1小时±2分钟，然后脱模获得PDMS材质的凹模具18，模如图6-2所示，凸筋14中的模凸筋14陈列在凹模具18中形成相应的模凹槽15陈列；
步骤十一、如图6-3所示，对PDMS材质的凹模具18进行磁控溅射，先后分别用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗，然后用氮气吹干，采用磁控溅射技术在表面溅射一层20nm厚的Al层16。
石墨烯和PDMS混合物的制备为：在25℃±1℃的温度条件下，将少量石墨烯加入到无水乙醇中超声分散，静置3小时±5分钟，后将石墨烯分散液加入到PDMS预聚物中，加热至100℃，磁控搅拌直到无水乙醇完全挥发掉，将混合物放在室温下冷却3小时±5分钟，将PDMS预聚物和固化剂按10：1配比的PDMS固化剂加入混合物中搅拌，放入真空烘箱中去除气泡后备用。
将石墨烯和PDMS混合物倒入凹模具18中浇筑成型后，在90℃±1℃的真空干燥箱中固化2小时±3分钟后脱模剥离，得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片2半成品，如图6-4所示。
得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片2半成品后，采用磁控溅射工艺在其表面进行真空沉积，形成Ag电极5，如图1所示；并用熔融的银糊制备用于将每个电极与外接导线连接的引出线，得到完整的柔性压力传感器。在导电Ag工作电极块5形成前，采用氧等离子体和十二烷基硫酸钠(SDS)溶液对柔性复合材料表面进行复合改性，然后将PDMS复合膜浸入十二烷基硫酸钠溶液中，以确保Ag与PDMS之间紧密接触。
在实际工业化制作过程中,硅片为包括多个单个硅基片7的整片，凸模具17是由整片硅基片7制备而成的包括相应多个单个凸模具17的组合凸模具片，凹模具18是由组合凸模具片制备而成的包括相应多个单个凹模具18的组合凹模具片，传感芯片2半成品是由组合凹模具片制备而成的包括相应多个单个传感芯片2半成品的组合传感芯片2半成品片；在将柔性压力传感芯片2贴合至玻璃基片1上前，将组合传感芯片2半成品片切割成单个传感芯片2半成品。这样，可实现大批量规模化制作，可以大幅度制作效率，也有利提升品质与产品性能的一致性。
将制作好的柔性压力传感芯片2贴合至玻璃基片1上的过程，包括将制作好的柔性压力传感芯片2和玻璃基片1一起清洗，取出后以结构面相迎合的方式迅速在显微镜下对准键合，然后置于105℃±1℃热板上加热2小时±5分钟，使两者键合牢固。
本发明水下横流测量方法，使用如上任一种柔性压力传感器，如图7所示，配置电化学工作站、电脑，将柔性压力传感器与电化学工作站、电脑相连接，形成水下横流测量系统；测量前先用此水下横流测量系统分别标定单个柔性压力传感器电阻与水深静压力的线性对应关系，单个柔性压力传感器电阻在各级设定深度与水下横流压力的对应关系式；在标定获得单个柔性压力传感器电阻与水深静压力的线性对应关系与单个柔性压力传感器电阻在各级设定深度与水下横流压力的对应关系式后，进行水下横流测量，通过测量获得柔性压力传感器电阻变化值来获得柔性压力传感器所在处水下横流的压力与流速参数值。
如图4所示,标定可在透明的水箱中进行,浸入水中的柔性压力传感器与水箱外的电化学工作站、电脑电连接，设置在水箱外的蠕动泵的进口、出口分别连接水管，进口水管浸入水中，出口水管的出口置于柔性压力传感器旁侧。众所周知，水压只与水深有关，水压只与水深呈恒定的线性关系。将柔性压力传感器置于一系列不同水深处，在已知水深的条件下，测得一系列不同水深处柔性压力传感器的电阻值R，这样就可获得一系列不同水深处柔性压力传感器的电阻值R1、R2…Rn，就可以与已知的一系列不同水深处静水压值F1、F2…Fn进行比对。可以使用origin数据分析软件得到电阻值与静压力的线性关系。如水箱中的测试水深度为5m,每10cm水深分为一档，共计为50档，可获得一系列不同水深处柔性压力传感器的电阻值R1、R2…R50。在每一水深处启动蠕动泵，采用标定用的蠕动泵，蠕动泵的泵出流速、泵出水压力也是可以设定的。将蠕动泵的泵出流速、泵出水压力设分为若干档，由蠕动泵的泵出水流冲击浸入水中的柔性压力传感芯片2上多片凸筋4，多片凸筋4受压继续变形会产生电阻值R的增量ΔR，按每一水深度蠕动泵的泵出流速、泵出水压力分档数，又能获得每一水深度不同泵出流速、泵出水压力条件下一系列电阻值R的增量ΔR数值。就可以与已知的一系列不同流速、泵出水压力进行比对。可以使用origin数据分析软件进一步得到电阻值的增量ΔR与横向水流速、水压力的函数关系。当然，标定的水深档数、标定的水流速、水压力设分的档数越多，数据量越大，标定的准确性越好。
在获得上述标定函数关系后，就可以在实际测量现场进行测量。如图7所示，只要将浸入水中的柔性压力传感器与水箱外的电化学工作站、电脑电连接，就可以在实际测量现场进行测量。

Claims (10)

1.一种可测量水下横流的柔性压力传感器，包括玻璃基片(1)，其特征在于，所述玻璃基片(1)上设置有至少1片柔性压力传感芯片(2)；所述柔性压力传感芯片(2)由PDMS与导电石墨烯复合材料浇铸而成,所述石墨烯以导电纳米颗粒混合入PDMS中；所述柔性压力传感芯片(2)包括柔性基片(3),所述柔性基片(3)上面设置由多片凸筋(4)排列形成的凸筋(4)陈列,每片凸筋(4)按使用时水流经过方向呈不对称的形状；所述凸筋(4)陈列的两侧分别设置有导电Ag工作电极块(5)及其引出线。
2.如权利要求1所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述柔性压力传感芯片(2)的每片凸筋(4)的同一侧设置有斜坡(6)。
3.如权利要求1或2所述的柔性压力传感器，其特征在于，所述玻璃基片(1)上设置有2片所述柔性压力传感芯片(2)，所述2片柔性压力传感芯片(2)按使用时水流经过方向呈前后间隔排列。
4.如权利要求1或2所述的柔性压力传感器的制作方法，包括先制作柔性压力传感芯片(2)，后将制作好的柔性压力传感芯片(2)贴合至玻璃基片(1)上；其特征在于，制作柔性压力传感芯片(2)的过程包括其成型模具的制作与成型材料的制作；其成型模具的制作采用MEMS加工技术，包括先按目标物形状用硅基片(7)，制备成凸模具(17),再在凸模具(17)结构面上用有机成型料浇筑成型，所述有机成型料为具有加热能固化成型黏稠液体，待其成型后脱模获得凹模具(18)，后将脱模的凹模具(18)加热固化后，在其结构槽表面溅射一层金属层；其成型材料的制作为石墨烯和PDMS混合物的制备；后将石墨烯和PDMS混合物倒入凹模具(18)中浇筑成型，待其成型后脱模，再在真空干燥箱中烘干固化后脱模剥离，得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片(2)的半成品，最后采用磁控溅射工艺，在凸筋(4)陈列的两侧分别进行真空沉积，形成导电Ag工作电极块(5)，并用银糊浇铸形成用于将每个电极与外接导线连接的引出线，得到完整的柔性压力传感器。
5.如权利要求4所述的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，其中制作所述柔性压力传感芯片(2)时，所述有机成型料选用PDMS，所述凸模具(17)与凹模具(18)的制作过程包括以下步骤：
步骤一、选择表面为(100)晶面的单面抛光硅片作为硅基片(7)的原材料，硅片表面平整度小于1um，对其表面进行氧化处理，形成氧化硅层(8)；
步骤二、在已形成氧化硅层后的基片正面甩涂光刻胶层，形成光刻胶层(9)；
步骤三、光刻显影，在氧化硅层上制备出多个窗口(10)；
步骤四、用BOE腐蚀液湿法刻蚀氧化硅层，制备出腐蚀窗口(11)；
步骤五、用H2SO4与H2O2混合溶液去除表面光刻胶层(9)；
步骤六、采用30％KOH腐蚀液，在50℃的温度条件下，对硅基片实施各向异性湿法刻蚀，制备出多个微米尺寸的锥形沟道(12)，通过控制腐蚀速率和腐蚀时间使锥形沟道(12)的深度达到设定值；
步骤七、继续采用H2SO4与H2O2混合溶液去除氧化硅层(8)；
步骤八、对多个锥形沟的其中一边表面进行氧化处理，制备厚度均匀的单边氧化层(13)；
步骤九、将未被氧化层(13)覆盖的部分用氩气进行干法刻蚀，留下部分形成模凸筋(14)陈列,刻蚀时控制留下的模凸筋(14)高度为210um～300um，制备成凸模具(17)；
步骤十、在硅基片上浇筑已经抽好真空的PDMS，静置半小时后，放在90℃烘箱内烘1小时±2分钟，然后脱模获得PDMS材质的凹模具(18)，模凸筋(14)中的模凸筋(14)陈列在凹模具(18)中形成相应的模凹槽(15)陈列；
步骤十一、对PDMS材质的凹模具(18)进行磁控溅射，先后分别用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗，然后用氮气吹干，采用磁控溅射技术在表面溅射一层20nm厚的Al层(16)。
6.如权利要求4所述的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，其中制作所述柔性压力传感芯片(2)时，所述石墨烯和PDMS混合物的制备为：在25℃±1℃的温度条件下，将少量石墨烯加入到无水乙醇中超声分散，静置3小时±5分钟，后将石墨烯分散液加入到PDMS预聚物中，加热至100℃，磁控搅拌直到无水乙醇完全挥发掉，将混合物放在室温下冷却3小时±5分钟，将PDMS预聚物和固化剂按10：1配比的PDMS固化剂加入混合物中搅拌，放入真空烘箱中去除气泡后备用。
7.如权利要求4所述的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，其中制作所述柔性压力传感芯片(2)时，将石墨烯和PDMS混合物倒入凹模具(18)中浇筑成型后，在90℃±1℃的真空干燥箱中固化2小时±3分钟后脱模剥离，得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片(2)的半成品。
8.如权利要求4所述的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，其中制作所述柔性压力传感芯片(2)时，得到由石墨烯和PDMS混合物成型的柔性压力传感芯片(2)的半成品后，采用磁控溅射工艺在其表面进行真空沉积，形成Ag电极，并用熔融的银糊制备用于将每个电极与外接导线连接的引出线，得到完整的柔性压力传感器；在所述导电Ag工作电极块(5)形成前，采用氧等离子体和十二烷基硫酸钠(SDS)溶液对柔性复合材料表面进行复合改性，然后将PDMS复合膜浸入十二烷基硫酸钠溶液中，以确保Ag与PDMS之间紧密接触。
9.如权利要求4所述的柔性压力传感器的制作方法，其特征在于，将制作好的柔性压力传感芯片(2)贴合至玻璃基片(1)上的过程，包括将制作好的柔性压力传感芯片(2)和玻璃基片(1)一起清洗，取出后以结构面相迎合的方式迅速在显微镜下对准键合，然后置于105℃±1℃热板上加热2小时±5分钟，使两者键合牢固。
10.一种水下横流测量方法，其特征在于，使用如权利要求1至3任一项所述的柔性压力传感器，配置电化学工作站、电脑，将柔性压力传感器与电化学工作站、电脑相连接，形成水下横流测量系统；测量前先用此水下横流测量系统分别标定单个柔性压力传感器电阻与水深静压力的线性对应关系，单个柔性压力传感器电阻在各级设定深度与水下横流压力的对应关系式；在标定获得单个柔性压力传感器电阻与水深静压力的线性对应关系与单个柔性压力传感器电阻在各级设定深度与水下横流压力的对应关系式后，进行水下横流测量，通过测量获得柔性压力传感器电阻变化值来获得柔性压力传感器所在处水下横流的压力与流速参数值。
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