RU2682259C1 - Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности - Google Patents

Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности Download PDF

Info

Publication number
RU2682259C1
RU2682259C1 RU2018120326A RU2018120326A RU2682259C1 RU 2682259 C1 RU2682259 C1 RU 2682259C1 RU 2018120326 A RU2018120326 A RU 2018120326A RU 2018120326 A RU2018120326 A RU 2018120326A RU 2682259 C1 RU2682259 C1 RU 2682259C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
film
graphene oxide
humidity sensor
thin
manufacturing
Prior art date
Application number
RU2018120326A
Other languages
English (en)
Inventor
Павел Васильевич Винокуров
Иван Михайлович Филиппов
Айыысхан Иванович Алексеев
Альберт Николаевич Капитонов
Светлана Афанасьевна Смагулова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова"
Priority to RU2018120326A priority Critical patent/RU2682259C1/ru
Priority to EA201990244A priority patent/EA035244B1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2682259C1 publication Critical patent/RU2682259C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Использование: для формирования электропроводящих структур на полимерной пленке. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления тонкопленочного датчика влажности резистивного типа основан на создании электропроводящих структур на гибкой полимерной пленке, для чего, на поверхности полимерной подложки формируется пленка оксида графена путем нанесения водной суспензии оксида графена и последующей ее сушки, далее, на поверхности подготовленной полимерной подложки посредством полупроводникового лазера облучается электропроводящая дорожка электродов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области использования графена, а именно, формированию электропроводящих структур на полимерной пленке путем восстановления оксида графена (мультиграфена) с высокой точностью, скоростью и надежностью, что может найти применение в изготовлении широкого спектра электронных приборов и других технических изделий, в частности, датчиков влажности резистивного типа.
Известно, что графен является листом графита с толщиной в один атом с экстраординарными свойствами, такими как – колоссальная подвижность носителей, прозрачность и т.д., что способствует развитию новой углеродной электроники. При этом создание пленок графена большой площади является высокотехнологичным и дорогостоящим процессом. Как альтернатива получения материалов с близкими характеристиками является восстановление оксида графена.
Из уровня техники известен способ формирования прозрачных восстановленных оксид графеновых схем с помощью лазерного облучения (см. US №9099376, кл. H01L 21/336; H01L 21/268; H01L 21/02; H01L 29/16, опубл. 04.08.2015). Для получения таких схем суспензию оксида графена наносят на специально подготовленную поверхность стеклянной подложки. Далее, с помощью эксимерного лазера создают проводящие схемы.
Формирование электропроводящих структур на стеклянных негибких подложках может значительно ограничить сферу их применения, кроме того, техническое решение связано с использованием относительно дорогого и сложного в эксплуатации эксимерного лазера.
Известен метод получения тензометрического датчика (см. http://www.myu-inc.jp/myukk/S&M/paper5.html) с применением лазера на двуокиси углерода с мощностью 1,8 Вт. Гибкий тензометрический датчик был сформирован с помощью лазерного восстановления оксида графена на полиэтилентерефталатовой (PET) подложке. Для получения такой структуры суспензия оксида графена была нанесена капельно на гибкую PET-подложку, после высушивания пленка подвергалась лазерному восстановлению с одновременным формированием рисунка.
Недостатком известного метода является использование относительно дорогого и сложного в эксплуатации CO2 лазера. Кроме того, подобное лазерное устройство способно расплавлять нетермостойкие подложки.
Известен способ получения восстановленного оксида графена с последующим изготовлением из него полевого транзистора (см. JP2013035739A, опубл. 21.02.2013), при котором отдельно формируют изолирующую и проводящую электрические части с помощью фемтосекундного лазера с длиной волны 800 нм. И в данном случае техническое решение связано с использованием относительно дорогого и сложного в эксплуатации фемтосекундного лазера.
По способу изготовления датчика влажности (см. RU №2579807, кл. G01N 27/00, B82B 1/00, опубл. 10.04.2016) на медную фольгу осаждают пленку мультиграфена, вырезают из нее заготовку датчика нужной формы и размеров, к местам расположения контактов на заготовке приклеивают стеклянную подложку и сверху наносят защитный слой требуемой формы, стравливают фольгу с незащищенных участков, промывают и высушивают заготовку, а также удаляют защитный слой с электрических контактов.
Известное техническое решение характеризуется сложностью технологического процесса получения датчика, включающего несколько этапов формирования проводящих структур – использование медной фольги, осаждение пленки мультиграфена, приклеивание жесткой стеклянной подложки, нанесение защитного слоя и др., и не способствует развитию повторяемости производства датчиков заявленного типа.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в создании способа изготовления датчика влажности на основе пленок графена, характеризующегося относительной технологической простотой и высокой повторяемостью и стабильностью получаемых на его основе датчиков влажности резистивного типа.
Технический эффект, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в формировании электропроводящих структур на полимерной пленке путем восстановления оксида графена с помощью полупроводникового лазера. Кроме того, решение может существенно снизить себестоимость изготовления изделий на основе восстановленного оксида графена.
Для решения поставленной задачи способ изготовления тонкопленочного датчика влажности резистивного типа основан на создании электропроводящих структур на гибкой полимерной пленке, для чего на поверхность полимерной подложки формируется пленка оксида графена путем нанесения водной суспензии оксида графена и последующей ее сушки при нормальных условиях, на поверхности подготовленной полимерной пленки с подложкой посредством полупроводникового лазера с длиной волны 430 нм облучается электропроводящая дорожка электродов. Кроме того, на электропроводящую структуру дополнительно нанесена защитная пленка на основе суспензии оксида графена. Кроме того, электропроводящая дорожка электродов имеет выводы на основе токопроводящей пасты.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками аналога свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».
Совокупность признаков изобретения обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, создание надежного и стабильного датчика резистивного типа на основе графеновой пленки.
Известно, что оксид графена (ОГ) получают и используют в виде суспензии, т.к. жидкая основа позволяет наносить его на различные поверхности. Причем, наличие кислородных групп в ОГ превращает его в диэлектрика, что, в свою очередь, не позволяет использовать в качестве проводниковых материалов. Процесс избавления от кислородсодержащих групп и молекул, так называемое «восстановление», позволяет увеличить проводимость до нужных величин для использования в электронных системах.
Заявленное техническое решение иллюстрируется чертежом, где на фигуре показан общий вид датчика влажности на основе оксида графена (1) и восстановленного оксида графена (2).
Для осуществления способа используются оксид графена в водной суспензии, например, с концентрацией 5 мг/мл; лазерное устройство полупроводникового типа, например, с длиной волны 430 нм; полимерная пленка, используемая в качестве подложки, например, на основе полиэстера или полиэтилентерефталата; устройство нанесения слоя суспензии оксида графена на полимерную подложку, например, автоматическая пипетка с объемом 1 мкл.
Выбор лазера полупроводникового типа для формирования электропроводящих структур на полимерной пленке объясняется тем, что использование подобных лазерных устройств за счет маломощности излучения (в среднем 2,5 Вт) и длины волны, близкой к ультрафиолетовой части спектра, позволяет без сильного нагрева и повреждения полимерной подложки проводить восстановление пленки оксида графена (см. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622315305182).
Заявленный способ осуществляется следующим образом.
Для создания пленки оксида графена на полимерной подложке суспензию оксида графена наносят на поверхность подложки определенной формы капельным методом с помощью автоматической пипетки. При этом форма подложки определяется предварительно в зависимости от производственной программы, например, при изготовлении цельных изделий форма и размеры заготовки соответствует форме и размеру изготавливаемого изделия. Далее, подготовленная подложка направляется на сушку, которая осуществляется при нормальных условиях в темном боксе в течение 24 часов.
Получаемую пленку закрепляют на рабочем столике лазерного устройства, например, оснащенного блоком управления геометрией детали. Предварительный чертеж обжига загружается в блок управления лазерного устройства, по которому производится облучение на поверхности графеновой пленки (см. фиг.).
После завершения процесса лазерной обработки поверхности пленки оксида графена, восстановленная часть приобретает видимый темный цвет по сравнению с невосстановленной частью. В результате дорожка из восстановленного графена формирует электропроводящую структуру на полимерной пленке. Причем, получаемая пленка не требует процедуры постобработки.
Таким образом, способ позволяет существенно снизить временные затраты, уменьшить технологические этапы изготовления различных структур на базе восстановленного оксида графена, что уменьшает себестоимость производства.
Лабораторными испытаниями установлено, что проводимость ОГ с ростом уровня относительной влажности RH от 30 до 70 % возрастает почти в 3 раза. При прогонке RH в обратном направлении наблюдается явление слабого гистерезиса проводимости. Кроме того, определено влияние света на чувствительность датчика влажности.
Нанесение защитных пленок оксида графена на область структуры датчика влажности, улучшает отклик и время восстановления. Зависимость сопротивления от влажности окружающей среды показывает гистерезис, а дополнительный слой пленки ОГ уменьшает величину гистерезиса.
Кроме того, для выводов к измерителю сопротивления от вновь сформированной электропроводящей дорожки электродов используют токопроводящую пасту, например, полимерную серебросодержащую пасту типа ПСП-2.
Таким образом, полученные результаты показывают, что датчики влажности на основе пленок оксида графена с применением лазерного восстановления обладают хорошей повторяемостью и стабильностью. Кроме того, техническое решение характеризуется повышением безопасности и технологичности процесса восстановления оксида графена.

Claims (3)

1. Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности, характеризующийся тем, что на гибкой полимерной подложке создают графеновую пленку путем нанесения водной суспензии оксида графена и последующей ее сушки, на которой формируют электропроводящую структуру, для чего посредством полупроводникового лазера с длиной волны 430 нм на поверхности подготовленной графеновой пленки с подложкой облучают электропроводящую дорожку электродов.
2. Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности по п. 1, отличающийся тем, что на электропроводящую структуру дополнительно нанесена защитная пленка из оксида графена.
3. Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что электропроводящая дорожка электродов имеет выводы на основе токопроводящей пасты.
RU2018120326A 2018-06-01 2018-06-01 Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности RU2682259C1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120326A RU2682259C1 (ru) 2018-06-01 2018-06-01 Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности
EA201990244A EA035244B1 (ru) 2018-06-01 2019-02-07 Способ получения датчика влажности на основе пленки оксида графена

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120326A RU2682259C1 (ru) 2018-06-01 2018-06-01 Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682259C1 true RU2682259C1 (ru) 2019-03-18

Family

ID=65806000

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018120326A RU2682259C1 (ru) 2018-06-01 2018-06-01 Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности

Country Status (2)

Country Link
EA (1) EA035244B1 (ru)
RU (1) RU2682259C1 (ru)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701005C1 (ru) * 2019-04-17 2019-09-24 Чеглаков Андрей Валерьевич Способ получения электропроводных пленок из дисперсии оксида графена
CN110371952A (zh) * 2019-07-03 2019-10-25 东南大学 一种柔性电阻式湿度传感器及其制备方法
CN111168245A (zh) * 2019-12-03 2020-05-19 南京信息职业技术学院 节能环保型石墨烯电极图案的制备装置、制备方法及用途
WO2021180253A1 (en) 2020-03-10 2021-09-16 Západočeská Univerzita V Plzni Humidity sensor for measurement with dc measuring signal and method of its production
RU2764380C1 (ru) * 2021-07-28 2022-01-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" Способ изготовления гибкого датчика влажности
RU2794890C1 (ru) * 2022-07-15 2023-04-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" Способ формирования электропроводящих слоев и структур различной конфигурации из чешуек восстановленного оксида графена (мультиграфена)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2109778C1 (ru) * 1994-04-12 1998-04-27 Институт высокомолекулярных соединений РАН Полимерная влагочувствительная композиция для датчиков влажности резистивного типа
CN104958073A (zh) * 2015-07-03 2015-10-07 深圳市共进电子股份有限公司 潮气传感器、电子设备、呼吸检测系统和方法
RU160838U1 (ru) * 2014-11-13 2016-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" Устройство датчика влажности
RU2579807C1 (ru) * 2014-11-13 2016-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" Способ изготовления датчика влажности
US20170023508A1 (en) * 2015-07-24 2017-01-26 King Abdulaziz University Method of making thin film humidity sensors

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103236295B (zh) * 2013-04-23 2016-09-14 上海师范大学 一种图案化石墨烯导电薄膜的制备方法
GB2523173A (en) * 2014-02-17 2015-08-19 Nokia Technologies Oy An apparatus and associated methods

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2109778C1 (ru) * 1994-04-12 1998-04-27 Институт высокомолекулярных соединений РАН Полимерная влагочувствительная композиция для датчиков влажности резистивного типа
RU160838U1 (ru) * 2014-11-13 2016-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" Устройство датчика влажности
RU2579807C1 (ru) * 2014-11-13 2016-04-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" Способ изготовления датчика влажности
CN104958073A (zh) * 2015-07-03 2015-10-07 深圳市共进电子股份有限公司 潮气传感器、电子设备、呼吸检测系统和方法
US20170023508A1 (en) * 2015-07-24 2017-01-26 King Abdulaziz University Method of making thin film humidity sensors

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2701005C1 (ru) * 2019-04-17 2019-09-24 Чеглаков Андрей Валерьевич Способ получения электропроводных пленок из дисперсии оксида графена
CN110371952A (zh) * 2019-07-03 2019-10-25 东南大学 一种柔性电阻式湿度传感器及其制备方法
CN110371952B (zh) * 2019-07-03 2021-10-29 东南大学 一种柔性电阻式湿度传感器及其制备方法
CN111168245A (zh) * 2019-12-03 2020-05-19 南京信息职业技术学院 节能环保型石墨烯电极图案的制备装置、制备方法及用途
WO2021180253A1 (en) 2020-03-10 2021-09-16 Západočeská Univerzita V Plzni Humidity sensor for measurement with dc measuring signal and method of its production
RU2764380C1 (ru) * 2021-07-28 2022-01-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" Способ изготовления гибкого датчика влажности
RU2794890C1 (ru) * 2022-07-15 2023-04-25 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" Способ формирования электропроводящих слоев и структур различной конфигурации из чешуек восстановленного оксида графена (мультиграфена)

Also Published As

Publication number Publication date
EA035244B1 (ru) 2020-05-20
EA201990244A2 (ru) 2020-05-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2682259C1 (ru) Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности
Chen et al. Patterned, flexible, and stretchable silver nanowire/polymer composite films as transparent conductive electrodes
Samouco et al. Laser-induced electrodes towards low-cost flexible UV ZnO sensors
Jaisutti et al. Low-temperature photochemically activated amorphous indium-gallium-zinc oxide for highly stable room-temperature gas sensors
CN108414603B (zh) 一种基于双电层薄膜晶体管的湿度传感器及其制备方法
Lorenzoni et al. Simple and effective graphene laser processing for neuron patterning application
CN104914138A (zh) 湿度传感器、湿度传感器阵列及其制备方法
CN105576123B (zh) 全石墨烯族柔性有机场效应管及其制造方法
Jun et al. Ultra‐facile fabrication of stretchable and transparent capacitive sensor employing photo‐assisted patterning of silver nanowire networks
Ye et al. Pattern directive sensing selectivity of graphene for wearable multifunctional sensors via femtosecond laser fabrication
JP2014202650A5 (ru)
RU2697471C1 (ru) Способ локального контролируемого восстановления оксида графена для сенсорных применений
Tseng et al. Ultrafast laser direct writing of screen-printed graphene-based strain electrodes for sensing glass deformation
Rehman et al. Optically reconfigurable complementary logic gates enabled by bipolar photoresponse in gallium selenide memtransistor
Malinský et al. Microcapacitors on graphene oxide and synthetic polymers prepared by microbeam lithography
Jung et al. Fabrication of solution-processed SnO2–Based flexible ReRAM using laser-induced graphene transferred onto PDMS
Xu et al. Ultra-thin, transparent and flexible tactile sensors based on graphene films with excellent anti-interference
Lee et al. Operation range-optimized silver nanowire through junction treatment
US11874249B2 (en) Graphite biosensor and circuit structure and method of manufacture
US20120236458A1 (en) Processing an embedded metal film, and component with an embedded metal film
Schaubroeck et al. Surface analysis of the selective excimer laser patterning of a thin PEDOT: PSS film on flexible polymer films
CN106896144A (zh) 光寻址电位感测组件
Acuautla et al. Ammonia sensing properties of ZnO nanoparticles on flexible substrate
RU2661884C2 (ru) Чувствительный элемент биологического сенсора
Ko et al. Ag Nanowires via Solution Process and Localized Reduction of Ag Ions for Next-Generation Transparent Conductive Electrodes