CN113231277A - 一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感器技术领域，涉及一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法，包括以下步骤：制备二维氧化物纳米片悬浮液；通过调节LB镀膜沉积法设备的表面压力，将二维氧化物纳米片悬浮液分别覆盖在不同的导电基底表面形成不同面积的纳米功能层；将每个覆盖纳米功能层的导电基底与空白导电基底组装，使纳米功能层处于两个导电基底中间形成具有不同工作范围的纳米压力传感器；测定不同纳米压力传感器的工作范围。该调控方法比较简单，可操作性强，通过调控纳米压力传感器的工作范围，拓宽了纳米压力传感器的应用领域，使其在工业控制、智能穿戴设备、机器人电子皮肤、物联网等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，涉及一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法。
背景技术
随着微纳电子器件的进一步发展，人们对于微电子设备需求已经越来越大，从日常的电子设备到目前的柔性可穿戴设备都离不开微纳电子器件的支持。与传统传感器相比，纳米传感器具有尺寸减小、精度提高、性能改善的优点。但是现有的纳米压力传感器受制于其工作范围的限制使得其应用范围无法进一步扩展，这就限制了纳米压力传感器在更多领域的应用。对于二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控能够很好的解决上述问题，因此探索一种纳米压力传感器工作范围的调控方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法，该调控方法比较简单，可操作性强，可得到具有不同工作范围的纳米压力传感器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法，包括以下步骤：制备二维氧化物纳米片悬浮液；通过调节LB镀膜沉积法设备的表面压力，将二维氧化物纳米片悬浮液分别覆盖在不同的导电基底表面形成不同面积的纳米功能层；将每个覆盖纳米功能层的导电基底与空白导电基底组装，使纳米功能层处于两个导电基底中间形成具有不同工作范围的纳米压力传感器；测定不同纳米压力传感器的工作范围。
优选地，所述纳米功能层为二维氧化钛纳米片薄膜或二维氧化铌纳米片薄膜。
优选地，所述导电基底为镀金硅片、镀钛硅片、镀铂硅片、ITO玻璃、FTO玻璃、或PET/ITO片。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过LB镀膜沉积法在导电基底上制备出不同覆盖面积的纳米功能层，并通过控制沉积仪器的表面压力可以得到不同覆盖面积的纳米功能层，进而得到不同工作范围的纳米压力传感器。该调控方法比较简单，可操作性强，通过调控纳米压力传感器的工作范围，拓宽了纳米压力传感器的应用领域，使其在工业控制、智能穿戴设备、机器人电子皮肤、物联网等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1三种不同覆盖面积的氧化钛纳米片薄膜的原子力显微镜图。
图2是实施例1中2DOPS-M氧化钛纳米片薄膜的扫描电子显微镜图。
图3是本发明压力传感器的结构及工作示意图。
图4是实施例1的不同纳米压力传感器的压力阀值和灵敏度。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。
实施例一
1、制备二维氧化钛纳米片悬浮液。
1.1前驱体钛酸锂钾K0.8Ti1.73Li0.27O4（KTLO）的制备：
将1.0~2.0g碳酸钠K2CO3、0.1~0.5g碳酸锂Li2CO3、2.0~5.0g二氧化钛TiO2在玛瑙研钵中研磨混合3个小时，然后放入氧化铝坩埚并在800℃下煅烧1个小时，自然冷却，研磨成粉，再次放入氧化铝坩埚并置于1200℃下煅烧24小时，自然冷却，研磨成粉，得到钛酸锂钾K0.8Ti1.73Li0.27O4。
1.2质子形式H1.07T1.73O4（HTO）的制备：
取3g钛酸锂钾K0.8Ti1.73Li0.27O4放入300mL浓度为1mol/L的盐酸溶液中，在磁力搅拌器上搅拌3天，盐酸溶液每天用新的浓度为1mol/L的盐酸溶液进行替换，然后用去离子水对酸处理后的钛酸锂钾进行抽滤清洗，直至上层清液呈中性，室温下自然干燥，最终得到质子形式H1.07T1.73O4（HTO）。
1.3氧化钛Ti0.87O2 0.52-（TO）纳米片悬浮液的制备：
取0.1g HTO粉末和1.689mL的质量分数为40%的四丁基氢氧化铵溶液放入烧杯中，加水至20mL，放在磁力搅拌器上搅拌一天，制得氧化钛Ti0.87O2 0.52-（TO）纳米片悬浮液。
2、通过调节LB镀膜沉积法设备的表面压力，将二维氧化物纳米材料悬浮液分别覆盖在不同的导电基底表面形成不同面积的纳米功能层。
2.1导电基底的准备：
将切割成长1.5cm×宽1cm的长方形的PET/ITO片，作为导电基底置于去离子水中进行超声清洗处理，时间为3分钟；再将导电基底置于无水乙醇中进行超声清洗处理，时间为3分钟。取出导电基底，用擦镜纸将导电基底表面擦干净。
2.2 LB拉膜准备：
吸取搅拌1-3天的氧化钛Ti0.87O2 0.52-（TO）纳米材料悬浮液2mL置于500mL烧杯中，加水稀释至500mL，静置15分钟，然后用注射器吸取中上部溶液注入LB槽内，用无水乙醇冲洗铂金吊片，并高温灼烧，冷却后置于LB拉膜机适当高度，将清洗好的导电基底夹在夹具上，并将导电基底浸入溶液中，注意勿使夹具与溶液接触。
2.3 LB拉膜：
设置拉膜速度为0.01~0.50mm/s和滑障速度为0.01~0.50mm/s，将表面压力分别控制为3.0 mN/m、5.0 mN/m和11.0 mN/m，得到不同覆盖面积的氧化钛纳米片薄膜，分别命名为2DOPS-L、2DOPS-M和2DOPS-H。
三种不同覆盖面积的氧化钛纳米片薄膜的原子力显微镜图如图1所示。从图1可知，通过调节表面压力，可使氧化钛纳米片薄膜在导电基底上的覆盖面积不同（图1-a~1-c），纳米薄膜的厚度约为1.6nm（图1-d）。
2DOPS-M氧化钛纳米片薄膜的扫描电子显微镜图如图2所示。从图2可以看出，氧化钛纳米片薄膜在基体上均匀覆盖，薄膜质量高（图2-a），纳米片之间存在空隙（图2-b）。
3、将每个覆盖纳米功能层的导电基底与空白导电基底组装，使纳米功能层处于两个导电基底中间形成具有不同工作范围的纳米压力传感器。
如图3所示，纳米压力传感器由两个导电基底和位于两个导电基底之间的纳米功能层组成，纳米功能层和导电基底有较好的结合（图3-a）。当纳米压力传感器在无压力条件下，纳米薄膜两侧的电极由于纳米薄膜的隔离不接触；而当压力达到工作阈值时，纳米薄膜两侧电极材料接触，纳米压力传感器开始工作（图3-b）。
四、测定不同纳米压力传感器的工作范围。
测试结果如图4所示。从图4可以看出，2DOPS-L，2DOPS-M和2DOPS-H三种纳米压力传感器的压力阀值分别为0.23 KPa、1.49 KPa和2.84 kPa KPa，其工作范围分别为0.23-0.40 KPa，1.49-2.02 KPa和2.84-4.01 KPa，计算得出的灵敏度值分别为7.2×106 kPa-1、1.5×106 kPa-1和8.0×105 kPa-1。
以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (3)
1.一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：制备二维氧化物纳米片悬浮液；通过调节LB镀膜沉积法设备的表面压力，将二维氧化物纳米片悬浮液分别覆盖在不同的导电基底表面形成不同面积的纳米功能层；将每个覆盖纳米功能层的导电基底与空白导电基底组装，使纳米功能层处于两个导电基底中间形成具有不同工作范围的纳米压力传感器；测定不同纳米压力传感器的工作范围。
2.根据权利要求1所述的一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法，其特征在于，所述纳米功能层为二维氧化钛纳米片薄膜或二维氧化铌纳米片薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种二维氧化物纳米压力传感器工作范围的调控方法，其特征在于，所述导电基底为镀金硅片、镀钛硅片、镀铂硅片、ITO玻璃、FTO玻璃、或PET/ITO片。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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