一种基于弹性材料的高灵敏压力探测装置的制作方法

1.本发明涉及压力探测领域，具体涉及一种基于弹性材料的高灵敏压力探测装置。


背景技术：

2.压力探测装置是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元构成。压力探测装置是工业和农业中常用的装置之一，广泛地用于自动化控制的各个领域，涉及工业和农业的各个行业。
3.常见的压力探测装置有电阻式压力传感装置、陶瓷压力传感装置、扩散硅压力传感装置、蓝宝石压力传感装置、压电式压力传感装置、光学类压力传感装置。光学类压力传感装置的压力探测灵敏度高。例如，发明专利cn111473896a公开了一种基于软性硅膜片的光纤压力传感器，包括管体、软性硅膜片与光纤，光纤置于管体内且靠近硅薄膜，薄膜贴于输入光纤形成的光路中如管口前端、内侧或侧向表面。利用硅胶制备超薄硅膜片，膜片和光纤之间形成谐振腔。当外界压力改变时会引起薄膜形变，从而改变谐振腔的共振波长。虽然，基于光学谐振腔的压力传感器具有较高的灵敏度，但是由于整个装置应用时需要用到连续谱光源和光谱分析装置，整个装置的成本高。
4.电阻式压力探测装置的结构简单，成本低、测量范围宽。但是，传统电阻式压力探测装置对微小压力的探测灵敏度低。


技术实现要素：

5.为解决以上问题，本发明提供了一种基于弹性材料的高灵敏压力探测装置，包括基底、二维过渡金属硫属化合物层、受力部、第一电极、第二电极，二维过渡金属硫属化合物层置于基底上，受力部置于二维过渡金属硫属化合物层上的中部，受力部包括受力平板和弹性材料部，受力平板为板状，弹性材料部为球冠形，弹性材料部的底面与受力平板固定连接，弹性材料部的顶部置于二维过渡金属硫属化合物层上，第一电极和第二电极分别置于二维过渡金属硫属化合物层上受力部的两侧。待测压力作用到受力平板上，待测压力通过弹性材料部改变了二维过渡金属硫属化合物层的内部应力，还改变了弹性材料部与二维过渡金属硫属化合物层的接触面积，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层的导电特性。
6.更进一步地，弹性材料部的材料为绝缘材料。
7.更进一步地，还包括颗粒，颗粒设置在弹性材料部的弧形表面上。
8.更进一步地，颗粒的材料为压电材料。
9.更进一步地，在弹性材料部的顶部附近，颗粒的尺寸小；远离弹性材料部顶部处，颗粒的尺寸大。
10.更进一步地，基底为绝缘材料。
11.更进一步地，受力平板的材料为绝缘材料。
12.更进一步地，二维过渡金属硫属化合物层的材料为硫化钼、碲化钼、硒化钼、硫化
钨、碲化钨、硒化钨。
13.更进一步地，第一电极和第二电极的材料为金或银。
14.本发明的有益效果：本发明提供了一种基于弹性材料的高灵敏压力探测装置，包括基底、二维过渡金属硫属化合物层、受力部、第一电极、第二电极，二维过渡金属硫属化合物层置于基底上，受力部置于二维过渡金属硫属化合物层上的中部，受力部包括受力平板和弹性材料部，受力平板为板状，弹性材料部为球冠形，弹性材料部的底面与受力平板固定连接，弹性材料部的顶部置于二维过渡金属硫属化合物层上，第一电极和第二电极分别置于二维过渡金属硫属化合物层上受力部的两侧。应用时，待测压力作用到受力平板上，通过弹性材料部作用到二维过渡金属硫属化合物层上，压迫二维过渡金属硫属化合物层，从而改变二维过渡金属硫属化合物层内的应力及其与弹性材料部之间的界面，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层的导电特性，通过第一电极和第二电极测量二维过渡金属硫属化合物层导电特性的变化，实现待测压力探测。在本发明中，应用弹性材料部压迫二维过渡金属硫属化合物层，不仅改变了二维过渡金属硫属化合物层内的应力，而且改变了二维过渡金属硫属化合物层与弹性材料层之间界面的面积，所以能够更多地改变二维过渡金属硫属化合物层的导电特性，因此，本发明能够实现高灵敏度的压力探测。
15.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
16.图1是一种基于弹性材料的高灵敏压力探测装置的示意图。
17.图2是又一种基于弹性材料的高灵敏压力探测装置的示意图。
18.图中：1、基底；2、二维过渡金属硫属化合物层；3、受力部；4、第一电极；5、第二电极；6、颗粒；31、受力平板；32、弹性材料部。
具体实施方式
19.现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
20.实施例1
21.本发明提供了一种基于弹性材料的高灵敏压力探测装置。如图1所示，该基于弹性材料的高灵敏压力探测装置包括基底1、二维过渡金属硫属化合物层2、受力部3、第一电极4、第二电极5。二维过渡金属硫属化合物层2置于基底1上。基底1为绝缘材料。基底1的材料可以为二氧化硅。二维过渡金属硫属化合物层2的材料为硫化钼、碲化钼、硒化钼、硫化钨、碲化钨、硒化钨。受力部3置于二维过渡金属硫属化合物层2上的中部。受力部3包括受力平板31和弹性材料部32，受力平板31为板状，弹性材料部32为球冠形，弹性材料部32的底面与受力平板31固定连接。受力平板31的材料为绝缘材料。弹性材料部32的材料为绝缘材料。如图1所示，弹性材料部32的顶部置于二维过渡金属硫属化合物层2上，作用在受力平板31上的待测压力改变了弹性材料部32与二维过渡金属硫属化合物层2的接触面积。第一电极4和第二电极5分别置于二维过渡金属硫属化合物层2上受力部3的两侧。第一电极4和第二电极5的材料为金或银或铂。
22.应用时，待测压力作用到受力平板31上，通过弹性材料部32作用到二维过渡金属
硫属化合物层2上，压迫二维过渡金属硫属化合物层2，从而改变二维过渡金属硫属化合物层2内的应力及其与弹性材料部32之间的界面，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层2的导电特性，通过第一电极4和第二电极5测量二维过渡金属硫属化合物层2导电特性的变化，实现待测压力探测。在本发明中，应用弹性材料部32压迫二维过渡金属硫属化合物层2，不仅改变了二维过渡金属硫属化合物层2内的应力，而且改变了二维过渡金属硫属化合物层2与弹性材料层32之间界面的面积，所以能够更多地改变二维过渡金属硫属化合物层2的导电特性，因此，本发明能够实现高灵敏度的压力探测。
23.实施例2
24.在实施例1的基础上，如图2所示，还包括颗粒6，颗粒6设置在弹性材料部32的弧形表面上。这样一来，在待测压力作用下，弹性材料层32的弧形表面产生形变，这些颗粒6压迫二维过渡金属硫属化合物层2，在颗粒6附近产生局域的形变和应力变化，从而更多地改变二维过渡金属硫属化合物层2整体的导电特性，从而更进一步地提高压力探测的灵敏度。
25.更进一步地，颗粒6的材料为压电材料。这样一来，在压力作用下，颗粒6上产生电荷分布，相当于改变了二维过渡金属硫属化合物层2的栅极电压，从而更多地改变二维过渡金属硫属化合物层2整体的导电特性，从而更进一步地提高压力探测的灵敏度。
26.更进一步地，在弹性材料部32的顶部附近，颗粒6的尺寸小；远离弹性材料部32顶部处，颗粒6的尺寸大。这样一来，在相同的压力作用下，更多的颗粒6靠近或接触二维过渡金属硫属化合物层2，从而更多地改变二维过渡金属硫属化合物层2的导电特性，从而实现更高灵敏度的压力探测。
27.实施例3
28.在实施例1的基础上，还包括二维过渡金属硫属化合物薄膜，二维过渡金属硫属化合物薄膜贴附在弹性材料部32的弧形表面上。也就是说，在弹性材料部32的球冠表面包覆二维过渡金属硫属化合物薄膜。这样一来，待测压力改变了二维过渡金属硫属化合物层2和二维过渡金属硫属化合物薄膜之间界面的面积和界面之间的作用力，从而更多地改变了二维过渡金属硫属化合物层2的导电特性，从而实现更高灵敏度的压力探测。本实施例中，直接在弹性材料部32外设置二维过渡金属硫属化合物薄膜即可，制备简单。
29.更进一步地，基底1的材料为弹性绝缘材料。例如，基底1的材料为橡胶。由于基底1具有弹性，在待测压力的作用下，二维过渡金属硫属化合物薄膜与二维过渡金属硫属化合物层2的接触面积改变更多，也就是产生了更大面积的二维过渡金属硫属化合物层2与二维过渡金属硫属化合物薄膜界面，更多地改变了二维过渡金属硫属化合物层2的导电特性，从而实现更高灵敏度的微小压力探测。
30.总之，在本发明中，待测压力不仅改变了二维过渡金属硫属化合物层2中的应力，而且改变了弹性材料部32与二维过渡金属硫属化合物层2的界面，所以本发明能够实现高灵敏度的微小压力探测。
31.尽管已经示出并描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应认识到：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的范围在权利要求中限定。