CN205016564U - 感测元件与感测装置 - Google Patents
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Abstract
一种感测元件与感测装置，感测元件包括一基底、一第一图案化电极层、一第二图案化电极层以及多个纳米柱。第一图案化电极层与第二图案化电极层配置在基底上，而纳米柱配置在第一图案化电极层与第二图案化电极层之间。纳米柱具有压电特性且直接接触第一图案化电极层与第二图案化电极层。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种感测元件与感测装置，且特别涉及一种应用压电特性来驱动的感测元件与感测装置。
背景技术
一般来说，生物体的肢体动作是藉肌肉的伸张及收缩来实现，此导致皮肤发生形变，而呼吸时胸部或腹部上下起伏的动作也会使皮肤产生规律性的紧绷及舒缓，因此可利用压电元件来将皮肤的形变转换成相对应的生理脉动信号，进而感测出生物体的肢体动作、心跳或呼吸动作。在现有技术中，通常是通过压电感测器来感测生理脉动，其中现有压电感测器是由压电驱动薄膜、上电极、下电极以及支撑层所组成。下电极位于支撑层上，而压电驱动薄膜配置在下电极层上且位于下电极与上电极之间。现有通过压电薄膜作为感应压力变化的物理与生化特性之感测器，当外界环境施加压力至压电感测器，而使得压电驱动薄膜因受压力而产生压电效应时，即可以检测出压力变化。然而。现有的压电感测器的缺点在于感测灵敏度不佳，因此如何提高感测器的感测灵敏度，已成为重要的课题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种感测元件，具有较高的感测灵敏度。
为达上述目的，本实用新型提供一种感测元件，其包括：
一基底；
一第一图案化电极层，配置在所述基底上；
一第二图案化电极层，配置在所述基底上；以及
多个纳米柱，配置在所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层之间，其中所述些纳米柱具有压电特性且直接接触所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层。
上述的感测元件，其中所述第一图案化电极层为一单层碳原子的石墨烯层，且所述碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。
上述的感测元件，其中所述第二图案化电极层为一单层碳原子的石墨烯层，且所述碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。
上述的感测元件，其中所述纳米柱的材料为氧化锌。
上述的感测元件，其中各所述纳米柱的直径介在30纳米至50纳米之间。
上述的感测元件，其中各所述纳米柱的高度介在150纳米至200纳米之间。
上述的感测元件，其中所述基底为一高分子材料层、一人工皮肤或一软性基板。
为达上述目的，本实用新型还提供一种感测装置，其包括：
一感测元件，包括：
一基底；
一第一图案化电极层，配置在所述基底上；
一第二图案化电极层，配置在所述基底上；以及
多个纳米柱，配置在所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层之间，其中所述纳米柱具有压电特性且直接接触所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层；
一压电信号检测电路，电性连接所述感测元件的所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层，以撷取一感测信号；以及
一传感测器，电性连接所述压电信号检测电路，以将所述感测信号传递至一外部主机。
上述的感测装置，其中更包括：
一放大电路，电性连接于所述压电信号检测电路与所述传感测器之间。
上述的感测装置，其中更包括
一滤波电路，电性连接所述放大电路。
上述的感测装置，其中所述第一图案化电极层为一单层碳原子的石墨烯层，且所述碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。
上述的感测装置，其中所述第二图案化电极层为一单层碳原子的石墨烯层，且所述碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。
上述的感测装置，其中所述纳米柱的材料为氧化锌。
上述的感测装置，其中各所述纳米柱的直径介在30纳米至50纳米之间。
上述的感测装置，其中各所述纳米柱的高度介在150纳米至200纳米之间。
上述的感测装置，其中所述基底为一高分子材料层、一人工皮肤或一软性基板。
基于上述，由于本实用新型的感测元件的纳米柱具有压电特性，因此当外界环境施加压力至感测元件，而使得纳米柱因受压力而产生应力弯曲时，可产生压电效应，进而可以检测出压力变化。其中，纳米柱因受压力而产生弯曲时，相较于现有压电驱动薄膜可具有较大的接触面积，以产生压电电位，藉此降低回路的驱动阀值电压且可提高感测灵敏度。此外，由于本实用新型的感测装置具有较高灵敏度的感测元件，因此可有效提高感测效率与感测可靠度。
以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
附图说明
图1绘示为本实用新型的一实施例的一种感测元件的局部示意图；
图2绘示为本实用新型的一实施例的一种感测装置的示意图。
其中，附图标记
100：感测元件
110：基底
120：第一图案化电极层
130：第二图案化电极层
140：纳米柱
200：感测装置
210：压电信号检测电路
230：传感器
240：放大电路
250：滤波电路
260：外部主机
D：直径
L：高度
T：感测信号
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的结构原理和工作原理作具体的描述：
图1绘示为本实用新型的一实施例的一种感测元件的局部示意图。请参考图1，在本实施例中，感测元件100包括一基底110、一第一图案化电极层120、一第二图案化电极层130以及多个纳米柱140。第一图案化电极层120配置在基底110上。第二图案化电极层130配置在基底110上。纳米柱140配置在第一图案化电极层120与第二图案化电极层130之间，其中纳米柱140具有压电特性且直接接触第一图案化电极层120与第二图案化电极层130。
详细来说，本实施例的基底110例如是一高分子材料层、一人工皮肤或一软性基板，其中软性基板的材料包括聚酰亚胺(polyimide,PI)或聚间苯二甲酸乙二酯(polyethylenenaphthalate,PEN)，但并不以此为限。在工艺上，基底110可通过Slitcoater、Screenprint或Spincoating等相关涂布机来制作。特别是，本实施例的第一图案化电极层120具体化为一单层碳原子的石墨烯层，且碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。而，第二图案化电极层130具体化为一单层碳原子的石墨烯层，且碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。于工艺上，首先将铜片(未绘示)放置高温炉管内加热至1000度且通入流量400sccm的氢气(约1.5KPa)，维持30分钟后，通入流量20sccm的甲烷气体6至8分钟，直到电极层(未绘示)成长完成后，再将气体关闭。接着摆放中空可让电极层的铜片固定不造成晃动的制具，放置于铜蚀刻液中将铜片蚀刻完毕后，而完成第一图案化电极层120与第二图案化电极层130的制作。此时，第一图案化电极层120与第二图案化电极层130分别为单原子层厚度，而其面积则视需求大小而定。
再者，本实施例的纳米柱140的材料具体化为氧化锌，其中每一纳米柱140的直径D例如是介在30纳米至50纳米之间，而每一纳米柱140的高度介在150纳米至200纳米之间。于工艺上，利用水热法(Hydrothermal)将6gZn(NO3)2·6H2O与3gC6H12N4相混后，放置烤箱90度1小时，即可让氧化锌材质的纳米柱140成长于第一图案化电极层120上。简言之，本实施例的第一图案化电极层120、第二图案化电极层130以及纳米柱140皆具有惰性、无毒性、不致癌、高生物相容性、不产生过敏与适当的机械性质等特性。
由于本实施例的感测元件100的纳米柱140具有压电特性，因此当外界环境施加压力至感测元件100，而使得纳米柱140因受压力而产生应力弯曲时，可产生压电效应，进而可以检测出压力变化。其中，纳米柱140因受压力而产生弯曲时，相较于现有压电驱动薄膜可具有较大的接触面积，以产生压电电位，藉此降低回路的驱动阀值电压且可提高感测灵敏度。
再者，由于本实施例的感测元件100是采用无毒且高生物相容性质的石墨烯作为第一图案化电极层120与第二图案化电极层130的材料，而以氧化锌作为纳米柱140的材料。因此，于制作感测元件100时并不会产生环境污染。另一方面，由于本实施例的纳米柱140的高度L仅例如为150纳米至200纳米之间，且第一图案化电极层120与第二图案化电极层130仅为单层碳原子的厚度(如0.1纳米至0.5纳米之间)，因此本实施例的感测元件100可具有较薄的厚度，以符合现今轻薄的需求。
此外，本实施例的第一图案化电极层120与第二图案化电极层130的机械强度为杨氏膜数1100GPa，其强度比钢铁还要高200倍，因此将第一图案化电极层120配置在人工皮肤(即基底110)上时，可大大增加感测元件100的机械强度。再者，第一图案化电极层120与第二图案化电极层130的导热系数可达5300W/mK，可视为是散热效果佳的散热层。另外，本实施例的纳米柱140亦可直接成长在人工皮肤(即基底110)上，因此将人工皮肤贴覆于伤口上后，可直接从肌肉收缩与伸张不同的延展性质产生压电的特性，进而可检测出压力的变化。
图2绘示为本实用新型的一实施例的一种感测装置的示意图。本实施例的感测装置200包括上述的感测元件100、一压电信号检测电路210以及一传感测器230。压电信号检测电路210电性连接感测元件100的第一图案化电极层120与第二图案化电极层130，以撷取一感测信号T。传感测器230电性连接压电信号检测电路210，以将感测信号T传递至一外部主机260。
更具体来说，本实施例的感测装置200可更包括一放大电路240，其中放大电路240电性连接于压电信号检测电路210与传感测器230之间，以放大所撷取的感测信号T。此外，本实施例的感测装置200更可包括一滤波电路250，其中滤波电路250电性连接放大电路240，用以过滤被放大的感测信号T中的噪声。
本实施例的感测装置200的压电信号检测电路210电性连接感测元件100的第一图案化电极层120与第二图案化电极层130，以将纳米柱140的压电电流特性输出，再选择性的经由放大电路240与滤波电路250来处理信号后传递至传感测器230，由传感测器230将所得到的感测信号T以无线的方式传递至外部主机260(如集成电路等)，来作为监控与照护的功能。此外，由于本实施例的感测装置200具有较高灵敏度的感测元件100，因此可有效提高感测效率与感测可靠度。
综上所述，由于本实用新型的感测元件的纳米柱具有压电特性，因此当外界环境施加压力至感测元件，而使得纳米柱因受压力而产生应力弯曲时，可产生压电效应，进而可以检测出压力变化。其中，纳米柱因受压力而产生弯曲时，相较于现有压电驱动薄膜可具有较大的接触面积，以产生压电电位，藉此降低回路的驱动阀值电压且可提高感测灵敏度。此外，由于本实用新型的感测装置具有较高灵敏度的感测元件，因此可有效提高感测效率与感测可靠度。
当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (16)
1.一种感测元件，其特征在于，包括：
一基底；
一第一图案化电极层，配置在所述基底上；
一第二图案化电极层，配置在所述基底上；以及
多个纳米柱，配置在所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层之间，其中所述纳米柱具有压电特性且直接接触所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层。
2.根据权利要求1所述的感测元件，其特征在于，所述第一图案化电极层为一单层碳原子的石墨烯层，且所述碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。
3.根据权利要求1所述的感测元件，其特征在于，所述第二图案化电极层为一单层碳原子的石墨烯层，且所述碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。
4.根据权利要求1所述的感测元件，其特征在于，所述纳米柱的材料为氧化锌。
5.根据权利要求1所述的感测元件，其特征在于，各所述纳米柱的直径介在30纳米至50纳米之间。
6.根据权利要求1所述的感测元件，其特征在于，各所述纳米柱的高度介在150纳米至200纳米之间。
7.根据权利要求1所述的感测元件，其特征在于，所述基底为一高分子材料层、一人工皮肤或一软性基板。
8.一种感测装置，其特征在于，包括：
一感测元件，包括：
一基底；
一第一图案化电极层，配置在所述基底上；
一第二图案化电极层，配置在所述基底上；以及
多个纳米柱，配置在所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层之间，其中所述纳米柱具有压电特性且直接接触所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层；
一压电信号检测电路，电性连接所述感测元件的所述第一图案化电极层与所述第二图案化电极层，以撷取一感测信号；以及
一传感测器，电性连接所述压电信号检测电路，以将所述感测信号传递至一外部主机。
9.根据权利要求8所述的感测装置，其特征在于，更包括：
一放大电路，电性连接于所述压电信号检测电路与所述传感测器之间。
10.根据权利要求9所述的感测装置，其特征在于，更包括
一滤波电路，电性连接所述放大电路。
11.根据权利要求8所述的感测装置，其特征在于，所述第一图案化电极层为一单层碳原子的石墨烯层，且所述碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。
12.根据权利要求8所述的感测装置，其特征在于，所述第二图案化电极层为一单层碳原子的石墨烯层，且所述碳原子的厚度介在0.1纳米至0.5纳米之间。
13.根据权利要求8所述的感测装置，其特征在于，所述纳米柱的材料为氧化锌。
14.根据权利要求8所述的感测装置，其特征在于，各所述纳米柱的直径介在30纳米至50纳米之间。
15.根据权利要求8所述的感测装置，其特征在于，各所述纳米柱的高度介在150纳米至200纳米之间。
16.根据权利要求8所述的感测装置，其特征在于，所述基底为一高分子材料层、一人工皮肤或一软性基板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160203 Termination date: 20190923 |