Способ изготовления тонкопленочного датчика влажности

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биотехнологии. Предложен способ детекции полинуклеотида или полинуклеотидной последовательности в образце.

Изобретение относится к способу и системе регулирования мощности нагрева нагревателя кислородного датчика в целях снижения вероятности его деградации под действием воды.

Электрохимическая аналитическая тест-полоска для определения аналита (такого как глюкоза) в образце физиологической жидкости (например, в образце цельной крови) и/или параметра образца физиологической жидкости включает в себя камеру для ввода образца с отверстием для нанесения образца, расположенную на концевом крае электрохимической аналитической тест-полоски, а также первую и вторую камеры для определения образца, каждая из которых находится в непосредственном сообщении по текучей среде с камерой для ввода образца.

Изобретение относится к технической физике и предназначено для определения параметров физических свойств расплавов металлических сплавов, преимущественно сталей, при определении этих зависимостей у образцов сплавов бесконтактным методом, основанным на изучении крутильных колебаний цилиндрического тигля с образцом.

Изобретение относится к способам мониторинга состояния противофильтрационных элементов гидротехнических сооружений, например грунтовых плотин, с помощью электрометрии с использованием методов сопротивления.

Изобретение относится к аналитической химии и может быть использовано для контроля аутентичности и качества вареных колбасных изделий. Для этого проводят двумерный электрофорез в полиакриламидном геле исследуемого изделия и эталонного образца с последующим сравнением маркерных белков в полученных электрофореграммах, которые идентифицируют масс-спектрометрически после извлечения из полиакриламидного геля.

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах, между анодом и катодом в которых при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение.

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля и позволяет исследовать упрочняющие боридные покрытия, нанесенные на основу из стали, и делать вывод о качестве покрытия на стали.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для непрерывного контроля протечек воды на больших площадях. Датчик утечек выполнен в виде двух слоев из электропроводящего водопроницаемого материала, между которыми размещен разделительный слой из капиллярно-пористого диэлектрического материала, причем слои из электропроводящего водопроницаемого материала включены в последовательную цепь с источником тока и измерителем, верхний и нижний защитные слои из капиллярно-пористого диэлектрического материала размещены, соответственно, над одним из двух слоев из электропроводящего водопроницаемого материала и под другим из двух слоев из электропроводящего водопроницаемого материала, причем слои материала соединены между собой средствами, обеспечивающими их закрепление с возможностью проникновения влаги.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для непрерывного контроля влажности воздуха. Предложен датчик влажности, выполненный в виде внутренней и внешней токопроводящих обкладок, между которыми размещена диэлектрическая прокладка из влагопоглощающего материала.

Изобретение относится к нанотехнологии. Порошок карбоксилированных наноалмазов суспендируют в жидкой среде из группы, включающей полярные протонные или апротонные растворители, биполярные апротонные растворители, ионные жидкости или их смеси, например, в воде.

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения фитосом, содержащих кверцетин. Способ получения фитосом, содержащих кверцетин, с размером частиц фитосом 2-12 нм, включает экстракцию 2 г семян сои 50 мл смеси хлороформ-этанол, взятых в соотношении 1:1, под воздействием в течение 20 мин ультразвуком с частотой 22 кГц, кипячение полученного экстракта в течение 20 мин, после остывания добавление в полученный экстракт 50 мл 1%-ного раствора кверцетина в 95%-ном этиловом спирте и последующее отделение этанольного слоя, на который воздействуют ультразвуком частотой 44 кГц в течение 20-30 мин.
Изобретение относится к области нанотехнологии и пищевой промышленности. Способ получения нанокапсул сухого экстракта розмарина характеризуется тем, что сухой экстракт розмарина добавляют в суспензию альгината натрия в петролейном эфире в присутствии 0,01 г сложного эфира глицерина с одной-двумя молекулами пищевых жирных кислот и одной-двумя молекулами лимонной кислоты в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 1000 об/мин, далее приливают ацетонитрил, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:1, 1:2 или 1:3.

Изобретение относится к мощной импульсной технике. Технический результат заключается в расширении арсенала средств формирования импульсов большой мощности.
Изобретение относится к области нанотехнологии, медицины и пищевой промышленности, а именно к способу получения нанокапсул сухого экстракта красной щетки. Предлагается способ получения нанокапсул сухого экстракта красной щетки, где в качестве оболочки нанокапсул используется гуаровая камедь, а в качестве ядра - сухой экстракт красной щетки, при этом сухой экстракт красной щетки добавляют в суспензию гуаровой камеди в циклогексане в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно-активного вещества при перемешивании 700 об/мин, далее приливают четыреххлористый углерод, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом массовое соотношение ядро:оболочка составляет 1:1, 1:2 или 1:3.

Изобретение относится к кондитерской промышленности. Предложен способ получения мармелада с наноструктурированным квертицином и дигидроквертицином.
Изобретение относится к области нанотехнологии, медицины, фармакологии. Способ получения нанокапсул диакамфа в гуаровой камеди характеризуется тем, что в качестве оболочки нанокапсул используется гуаровая камедь, при этом диакамф порциями добавляют в суспензию гуаровой камеди в бутиловом спирте, содержащую препарат Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, при массовом соотношении диакамф:гуаровая камедь 1:1, или 1:3, или 1:2 смесь перемешивают, затем добавляют петролейный эфир, полученную суспензию нанокапсул отфильтровывают и сушат.

Изобретение относится к устройству для получения композитной пленки из многоэлементного сплава. Устройство содержит нагревательную систему, систему подачи воздуха, систему охлаждения, вакуумную систему, вакуумную камеру, держатель, подъемный механизм, тигельный источник испарения, магнетронный источник распыления, источник катодной дуги и систему электрического управления.

Изобретение может быть использовано в космической технике, в строительной индустрии, а также в химической, пищевой, легкой промышленности для термостатирования устройств или технологических объектов.

Изобретение относится к нанотехнологии и горной промышленности и может быть использовано при проведении буровых работ. Винтовая силовая секция для гидравлических забойных двигателей содержит ротор и статор, содержащий металлический наружный трубчатый элемент и усиленную графеном эластомерную внутреннюю обшивку, включающую графеновые частицы, гомогенно диспергированные в резине.

Группа изобретений относится к области фармацевтической промышленности. Предложена терапевтическая наночастица, которая содержит 10-25 мас. % (2-(3-((7-(3-(этил(2-гидроксиэтил)амино)пропокси)хиназолин-4-ил)амино)-1Н-пиразол-5-ил)-N-(3-фторфенил)ацетамида (AZD1152 hqpa), 5-20 мас. % памовой кислоты и 55-85 мас. % диблок-сополимера поли(молочная кислота)-полиэтиленгликоль, при этом в указанном диблок-сополимере блок полиэтиленгликоля составляет 10-30 мас. % указанной терапевтической наночастицы. Также предложена фармацевтическая композиция для лечения рака, включающая множество таких терапевтических наночастиц и один или более фармацевтически приемлемых эксципиентов, разбавителей и/или носителей. Группа изобретений обеспечивает повышение содержания инкапсулированного в наночастицу лекарственного вещества и улучшенный профиль его высвобождения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 13 пр., 21 табл., 26 ил.

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.

Наверх