石墨烯压力传感器的设计与制作

为了降低电容式石墨烯压力传感器的成本,对石墨烯压力传感器的结构与工艺进行研究,简化加工工艺步骤,设计并制作出石墨烯传感器样片,该传感器样片的灵敏度分为多个区间,最高可达608 MPa~(-1)。首先,将石墨烯溶液制作成纸,利用雕刻工艺将石墨烯纸雕刻成为不同规格的平行叉指图形,并用聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜覆盖制作成为石墨烯压力传感器。然后,对样片进行静态与动态性能的测试,对测试结果进行对比分析。结果表明该传感器制作工艺简单、成本低廉、性能优良。最后论证了传感器的可行性。     

高灵敏度网状石墨烯微弱压力传感器的研究北大核心

为了改善微弱压力传感器的灵敏度，利用微结构来产生压阻效应的方法，制备出一种性能优异的压力传感器。研究了三种不同结构的石墨烯压力传感器，并设计和研究了石墨烯压力传感器的版图结构、工艺制备流程和材料表征。最后，对三种不同结构的石墨烯压力传感器进行了灵敏度测试。实验结果表明，网状结构的石墨烯压力传感器具有较高的灵敏度，在低压强下(0～200 Pa)的灵敏度可达到0.303 kPa-1,最低可检测到24.5 Pa的压强。该网状结构的石墨烯压力传感器是一种可以感知微弱压力变化的高性能压力传感器。     

基于石墨烯的NO2和NH3气体传感器研究进展

室温下石墨烯具有较大的分子吸附比表面积、低噪声、高载流子迁移率等优异电学性能,是一种性能极佳的传感材料。与传统无机氧化物气体传感器相比,石墨烯气体传感器具有工作温度低、能耗小、恢复性高的优点。文章对两种石墨烯气体传感器的研究进展进行了综述。首先根据气体选择性不同,研究了NO₂和NH₃两种石墨烯气体传感器。然后对它们的灵敏度、气体响应灵敏度、响应时间等特性进行了分析对比。该项分析研究工作对气体传感器的实际应用与推广具有一定参考价值。     

基于石墨烯的CO和CO2气体传感器研究进展

室温下石墨烯具有电子迁移率高、比表面积大、机械强度高、化学稳定性和热稳定性优异、导电性好等独特性能,是当今最受关注的二维材料之一。与传统无机氧化物材料相比,石墨烯气体传感器具有工作温度低、能耗小、恢复性高的优点。文章对两种石墨烯气体传感器的研究进展进行了综述。根据气体选择性不同,将石墨烯气体传感器分为检测CO和CO₂气体传感器。分别对其灵敏度、气体响应灵敏度和响应时间等特性进行分析对比。此研究对此类传感器的应用与推广具有一定的指导意义。     

基于石墨烯/PDMS介质层的柔性压力传感器

提出了一种以石墨烯/PDMS为介质层的柔性压力传感器,主要介绍了石墨烯/PDMS介质层和柔性压力传感器的制备方法,研究了石墨烯浓度和石墨烯/PDMS介质层厚度对传感器灵敏度的影响。利用压力机和阻抗分析仪对柔性压力传感器进行了测试,结果表明柔性压力传感器有大的工作范围(0～20 kPa)和高的灵敏度(在0～3 kPa的灵敏度为0.3 kPa~(-1),3～8 kPa的灵敏度为0.06 kPa~(-1),8～20 k Pa的灵敏度为0.017 kPa~(-1));同时传感器的可恢复性和重复性能良好,可灵敏地检测手指的弯曲,在机器人皮肤和智能穿戴领域有着广阔的应用前景。     

MOS触发器型集成压力传感器

触发器型压力传感器具有灵敏度高，压力测量线性范围可调和能输出数字量等特点，论述了这类新型传感器的工作原理和特性，并重点分析了噪声对传感器特性的影响。为了改善传感器的特性，实验采用三角波调控电压，可以有效地调节传感器的测量灵敏度度和线性范围。     

倒岛膜凹槽电容式压力传感器设计与特性分析

结合岛膜结构电容式压力传感器高灵敏度和凹槽结构电容式压力传感器较好线性度的优点,设计了一种倒岛膜凹槽电容式压力传感器,并根据其结构特点建立了倒岛膜凹槽电容式压力传感器的理论模型,使用FEA（有限元分析）法分析了传感器的电容-压力特性。结果表明,设计的倒岛膜凹槽电容式压力传感器具有较好的测量特性,其测量灵敏度和线性度分别为0.00512 fF/Pa和0.98178。与相同设计参数的岛膜或凹槽电容式压力传感器相比,该传感器较好地缓解了测量灵敏度和线性度之间的矛盾问题。     

基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器的设计

以新型的石墨烯材料为压力敏感膜,设计了一种基于法布里-珀罗干涉的光纤微压传感器。利用薄膜光学理论,分析了不同层数石墨烯膜的反射率特性。仿真结果表明,增加层数可以提高石墨烯膜的反射率。根据光传输矩阵的理论,研究并模拟了法珀腔的几何参数对反射信号的影响。通过分析对比几种大挠度圆膜应变的理论,建立了石墨烯薄膜的压力敏感特性模型,并利用ANSYS静态力学非线性对模型的挠度形变特性进行有限元仿真,验证了模型的准确性,为设计制作基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器提供了理论基础。     

一种多晶硅高温压力传感器

制作压力传感器时，在二氧化硅层上淀积多晶硅膜，既可利用优良的机械特性，又可保证压敏电阻与衬底间具有良好的绝缘性，由此可大大提高器件的温度特性。介绍了一种多晶硅压力传感器的原理和设计。实验结果表明，这类传感器具有灵敏度好，精度高等特点，电路工作范围为０－２５０℃，且具有良好的温度稳定性。     

本征法布里-珀罗腔光纤压力传感器理论研究

建立了光子晶体光纤(PCF)型本征法布里-珀罗(F-P)腔光纤压力传感器压力响应理论模型,讨论了各参数对压力响应灵敏度的影响,给出了Matlab程序理论模拟结果。鉴于PCF焊接工艺的困难,提出了利用外径不同的单多模光纤熔接构成的改进型单多模光纤复合本征F-P腔光纤压力传感器结构,建立了压力响应理论模型,分析了提高压力响应灵敏度的关键参数,并模拟了光纤外径对压力响应灵敏度的影响。通过对两种本征F-P腔光纤压力传感器的比较分析看出,改进型结构无论在压力响应灵敏度还是制作难易度方面都颇具优势。     

柔性光纤压力传感器的制备工艺与参数研究

为了提高柔性光纤压力传感器的灵敏度和稳定性,对压力传感器结构设计、结构参数及制作工艺进行了研究。制作了基于不同浓度配比和不同固化时间的PDMS柔性光纤压力传感器,对比了不同参数下传感器的性能得出了最佳的配比和固化参数,最后利用光频域反射计（OFDR）测量了光纤应变变化。结果表明,在PDMS基底厚度和固化温度恒定的情况下,浓度配比和固化时间均对柔性光纤压力传感器的灵敏度有影响,并验证了当施加压力的范围为0~276.2kPa,加压的步长为27.6 kPa时,PDMS配比8:1,固化时间2h的传感器灵敏度最高,可达6.25059με/kPa。同时,柔性压力传感器具有柔韧、轻薄、可测量复杂曲面等优点,为航天航海领域弧形物体表面压力测量提供了可靠的解决方案。     

石墨烯压力传感器结构设计与压力敏感特性研究

以石墨烯作为压力传感器敏感材料,Si为基底材料,氮化硼(PN)为石墨烯保护材料,惠斯通测量电桥作为力电变换测量电路,构建了硅基石墨烯压力传感器。通过鼓泡实验法建立传感器的理论模型,分析了传感器的压力与中心形变位移之间的关系,并结合ANSYS软件静力学非线性分析单元,针对所述石墨烯薄膜的挠度形变特性进行了数值解析与有限元仿真。结果表明,石墨烯薄膜压力与挠度形变的理论分析与仿真结果相吻合,这为石墨烯压力传感器提供了结构设计与理论模型基础。     

基于石墨烯超材料的太赫兹五频段折射率传感器

针对目前太赫兹折射率传感器波段单一且灵敏度低的问题,提出一种基于石墨烯超材料的五频段折射率传感器。通过CST电磁仿真软件对传感器结构进行模拟仿真,确定了可以同时提高吸收率和灵敏度的特征尺寸。与传统超材料折射率传感器相比,通过调整石墨烯层的化学势和弛豫时间即可实现石墨烯吸收体的可调谐性。仿真结果表明,该折射率传感器在频率为4.535、6.368 1、8.253、10.395和11.321 THz时达到折射率吸收峰值,吸收率分别为92.2%、99.5%、99.9%、90%和99.1%,且5个波段中最高折射率灵敏度为436 GHz/RIU。与其他折射率传感器相比,该折射率传感器波段多且灵敏度高,具有良好的传感性能,可应用于光学检测、医学成像、生物传感等领域。     

基于微纳光纤模式干涉仪和石墨烯薄膜的氨气传感器

将单锥微纳光纤模式干涉仪和石墨烯相结合,实现了一种高灵敏度的光纤式氨气传感器,其利用石墨烯的特异性吸附效应及微纳光纤结构的高灵敏度传感特性,通过检测干涉光谱的漂移量实现了对氨气浓度微弱变化的检测.对不同组传感器进行了对比分析,结果表明当光纤直径为3.4μm时最大检测灵敏度为10.8 pm/ppm,与文献中采用其它光纤结构所报道的结果相比几乎提高了一倍.该传感器具有结构简单、易于实现及灵敏度高等优点,在危害气体浓度报警和人体健康检测等领域有潜在的应用前景.     

基于纳米孔结构的超高压石墨烯压力传感器设计

设计了一种基于纳米孔结构的超高压石墨烯压力传感器。由于氮化硼的六方晶体结构与石墨烯的晶体结构高度相似，该传感器采用氮化硼/石墨烯/氮化硼的石墨烯复合异质敏感薄膜作为压力传感器的敏感材料，利用石墨烯薄膜材料的压阻效应对压力进行检测。为保证传感器在400 MPa的压力载荷下对压力精准的检测，采用数学理论模型计算出不同孔径的纳米孔上石墨烯复合异质薄膜的应变大小，通过有限元仿真软件对石墨烯圆形薄膜的压力进行仿真，得到了圆形薄膜的最优半径。可为超高压石墨烯压力传感的结构设计和性能优化提供一定参考。     

MEMS F-P 干涉型压力传感器

为了满足工业、航天、国防等领域对微型化压力传感器的需求,提出了基于微机电系统（MEMS,Micro electromechanical System）技术制作的非本征型光纤法布里-珀罗（F-P）压力传感器,该传感器传感头由全玻璃材料构成。主要研究了MEMS 技术制作全玻璃结构式压力传感器工艺,结合溅射、光刻、腐蚀等工艺在7 740 wafer 基底上制作出F-P 腔体,利用低压化学气相沉积（LPCVD）的方法在基底上沉积一层40 nm 的非晶硅作为中间层。通过阳极键合技术在温度400℃下完成玻璃与玻璃的键合,并搭建了该传感器的压力测量平台。实验结果表明:在压力线性范围0~400 kPa 内传感器具有很高的重复性,达到0.3%。灵敏度达到1.764 nm/kPa;在传感器使用范围0~80℃内,热敏感系数为 0.15 nm/℃。该传感器的研究对设计制作改善了该类传感器的热膨胀失配问题,对低温漂型压力传感器的研究有一定参考价值。     

结构简单的熔接式全石英光纤EFPI高静压传感器

介绍了一种结构简单的熔接式全石英光纤非本征型法布里-珀罗干涉仪(EFPI)高静压传感器,对传感器的压力效应进行了理论分析,给出了传感器的设计结构和制作过程。和传统EFPI传感器相比,该传感器具有长腔长、结构简单、制作工艺简易、应用灵活方便等优点,可以用于较高静态压力的测量。建立了传感解调系统,对压力进行了测试,测量精确度高,稳定性好。同时进行了温度敏感度测量实验,温度敏感系数约为0.72nm/℃,传感器的腔长温度线性度好,结果显示传感器温度交叉敏感度低。在0~20 MPa压力测量范围内,该传感器的压力腔长灵敏度可以达到21nm/MPa,连续10h动态测量条件下,测量偏差为0.2%FS。     

激光偏振拉曼的CVD多晶石墨烯表征

石墨烯具有优异的物理化学性质,在MEMS器件、光电检测材料、柔性显示屏、新能源电池、复合材料等方面成为研究热点。目前大面积石墨烯制备主要依赖于化学气相沉积技术(chemical vapor deposition, CVD),但其生长的晶体质量直接影响到电化学特性和实际应用,因此需要一种快速而准确的表征方法。实验利用背向散射的偏振激光散射装置测量CVD生长的石墨烯拉曼光谱。通过分析实验获得的300 nm SiO2/Si基底上的单层、五层和十层左右的石墨烯角分辨偏振拉曼光谱,发现单层生长的石墨烯偏振特性与机械剥离单晶石墨烯一致;随着层数的增加,G峰偏振响应差异更加明显,表现出明显的椭圆特性;在不同石墨烯层数上的D峰也呈现出一定的偏振响应差异性。偏振拉曼测试结果表明目前CVD生长的缺陷和多晶特性与石墨烯层数呈现正相关特征。     

压阻式金刚石压力微传感器的制作与测试

由于金刚石薄膜具有优良的高温压阻特性，适合于制作高温压力传感器。在Φ50mm(100)硅单晶衬底上用热丝CVD法生长本征多晶金刚石薄膜作为绝缘隔离层，通过掩模选择性生长法得到掺硼金刚石薄膜电阻条，再经金属化处理和腐蚀硅压力腔，得到了压阻式金刚石压力微传感器的原型器件。对该器件的压力输出特性测量表明，输出电压一压力曲线线性较好，重复性好．常温下灵敏度高。     

声表面波压力传感器的仿真与设计

该文设计了一种基于声表面波(SAW)传感原理的无源无线压力传感器。阐述了SAW单端谐振器的原理,对SAW压力传感器的原理进行了分析。选择了基于类似两端固定梁的敏感结构并利用ANSYS软件对其敏感结构进行仿真、分析。利用Mathcad软件对SAW压力传感器进行建模、仿真。并根据仿真结果设计和制作了SAW压力传感器。测试结果表明,制作的传感器灵敏度较高,误差小,具备良好的压力频率特性。