一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法與流程
1.本發明屬于微機電系統和微納米加工技術領域，涉及一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法。
背景技術：
2.地震動傳感器是一種感應環境中地震動信號的器件，在地震動監測技術中被廣泛應用。對地震動進行檢測可以有效的預防地震、泥石流、山體滑坡等自然災害，并可以進行石油探測以及坦克、裝甲車、步行人員等地面目標的探測。由于地震波隨傳播距離的增加會明顯衰減，因而地震動傳感器的靈敏度越高，其探測范圍越大。然而，目前傳統機械式與電子式地震動傳感器靈敏度有限。
3.基于電阻變化來測量的金屬薄膜由于其較低的頻率分辨能力以往很少被用于震動傳感器的制作，然而最近科學家們提出帶有納米裂紋的金屬薄膜對于超微震動具有超高靈敏度，并制作了許多相關的傳感器。例如，澳大利亞蒙納士大學的程文龍等人通過在聚二甲基硅氧烷(pdms)基底上制作帶有納米裂紋的金納米線薄膜可以測量聲波震動信號；韓國首爾大學的mansoo choi等人通過在粘彈性聚合物聚氨酯丙烯酸酯(pua)表面制作帶有納米裂紋的鉑(pt)薄膜所制成的傳感器可以用于測量不同頻率的聲波。
4.但是上述基于納米裂紋的震動傳感器均只能測量施加在薄膜上的交變應力，無法應用至地震動領域的測量。目前尚未有基于納米裂紋的地震動傳感器被報道。
技術實現要素：
5.針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，該制造方法所制得的地震動傳感器對微小震動具有超高的靈敏度，同時該方法由于不需采用硅作為基底以及鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(pzt)作為敏感材料因而不需要耗時長的體硅工藝和pzt高溫退火工藝，操作簡單，方便快速。
6.為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：
7.一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，首先采用磁控濺射等薄膜沉積方法在柔性聚合物表面沉積一層金屬薄膜，接著在金屬薄膜表面旋涂光刻膠并將光刻膠與金屬薄膜圖形化，再將金屬薄膜表面的光刻膠再次圖形化，隨后對柔性聚合物進行彎曲使金屬薄膜產生納米裂紋，然后去除金屬薄膜表面的光刻膠，接著將柔性聚合物基底切割成懸臂梁結構，最后將柔性聚合物與玻璃基板鍵合。具體包括以下步驟：
8.1)采用薄膜沉積方法在柔性聚合物表面沉積一層金屬薄膜。所述的柔性聚合物基底為聚二甲基硅氧烷(pdms)，金屬薄膜為金薄膜。
9.2)在金屬薄膜表面旋涂光刻膠，并將光刻膠與金屬薄膜圖形化。
10.3)根據金屬薄膜上所需納米裂紋的結構，采用光刻工藝對光刻膠進行再次圖形化，光刻膠圖案為一系列平行條紋，以此控制有光刻膠的部分和沒有光刻膠的部分材料中性層處在不同高度。
11.4)將柔性聚合物基底沿平行光刻膠條紋方向進行彎曲使金屬薄膜產生納米裂紋。所述的納米裂紋僅產生在未被光刻膠覆蓋的金屬薄膜區域，以此可以精確控制納米裂紋的參數。
12.5)采用去除劑去除金屬薄膜表面的光刻膠。
13.6)將柔性聚合物基底切割成懸臂梁結構，所述的懸臂梁結構對地震動信號具有良好的頻率響應。
14.7)最后將柔性聚合物與玻璃基板鍵合：分別對柔性聚合物上沒有金屬薄膜的表面和玻璃基板的表面進行處理后，將兩個表面貼合按壓實現鍵合。
15.進一步的，步驟1)中所述的薄膜沉積方法包括磁控濺射法、化學氣相沉積等。
16.進一步的，步驟2)中所述光刻膠為bp212正性光刻膠。
17.進一步的，步驟2)中圖形化方法為光刻和濕法腐蝕。
18.進一步的，步驟4)中所述的對柔性聚合物基底進行彎曲使金屬薄膜產生納米裂紋的具體方式為：將柔性聚合物環繞在一定曲率半徑的管上，金屬薄膜表面出現平行不銹鋼管方向的納米裂紋，其中，曲率半徑大小隨所需裂紋間隔大小而取值不同，取值范圍在0.5mm～12mm。
19.進一步的，步驟5)中所述的光刻膠去除劑為丙酮。
20.進一步的，步驟7)中所述的鍵合方法為氧等離子體鍵合。
21.本發明的要求：依照本發明提出的方法制得的基于納米裂紋的地震動傳感器，其聚合物表面的金屬薄膜的電阻會隨所受地震動的不同而發生變化，通過使用導線在焊盤上連接電阻測量儀器可以實現地震動的探測。
22.與現有技術相比，本發明的有益效果為：
23.本發明通過在懸臂梁結構的柔性聚合物基底上制作帶有納米裂紋的金屬薄膜，可以實現對于微地震的超靈敏測量，從而可以提高地震動傳感器的探測范圍。另外本發明中所使用的方法不需耗時長且復雜的體硅工藝，工藝流程簡單高效。
附圖說明
24.圖1是柔性聚合物表面沉積金屬薄膜；
25.圖2是在金屬薄膜表面旋涂光刻膠并將光刻膠與金屬薄膜圖形化；
26.圖3是金屬薄膜表面光刻膠的再次圖形化；
27.圖4是彎曲柔性聚合物；
28.圖5是去除金屬薄膜表面的光刻膠；
29.圖6是將柔性聚合物基底切割成懸臂梁結構并與玻璃鍵合；
30.圖7是基于納米裂紋的地震動傳感器的立體結構示意圖。
31.圖中：1柔性聚合物，2金屬薄膜，3光刻膠，4金屬納米裂紋，5玻璃基板，6焊盤。
具體實施方式
32.以下結合技術方案和附圖詳細說明本發明的實施方式。
33.該實施例提供的基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法如下：
34.如附圖1～6所示。在1mm厚的柔性聚合物1(pdms)表面通過磁控濺射的方法沉積一
層厚度為100納米的金屬薄膜2(au)；在金屬薄膜2表面使用勻膠機旋涂一層光刻膠3(bp212)，旋涂參數為1000rpm、30s，前烘溫度為室溫(25℃)、4h；使用紫外光刻機對光刻膠3曝光，曝光時間為154s，光強為2.5mw/cm2，然后在質量分數為0.5％的naoh溶液中顯影30s；將圖形化后的光刻膠3作為刻蝕掩膜，使用配比為i2：ki：h2o＝1g：5g：50ml的金腐蝕液將金屬薄膜2圖形化；再次使用曝光、顯影工藝將光刻膠3圖形化；彎曲柔性聚合物1，具體方法為將柔性聚合物環繞在曲率半徑為2mm的不銹鋼管上，金屬薄膜表面出現平行不銹鋼管方向的納米裂紋4；使用丙酮去除光刻膠3；將柔性聚合物1切割為需要的懸臂梁結構；分別對柔性聚合物1沒有金屬薄膜的表面和玻璃基板5的表面進行氧等離子體處理后，將兩個表面貼合按壓以鍵合。
35.以上所述實施例僅表達本發明的實施方式，但并不能因此而理解為對本發明專利的范圍的限制，應當指出，對于本領域的技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發明的保護范圍。
技術特征：
1.一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：1)采用薄膜沉積方法在柔性聚合物表面沉積一層金屬薄膜；所述的柔性聚合物基底為聚二甲基硅氧烷pdms，金屬薄膜為金薄膜；2)在金屬薄膜表面旋涂光刻膠，并將光刻膠與金屬薄膜圖形化；3)根據金屬薄膜上所需納米裂紋的結構，采用光刻工藝對光刻膠進行再次圖形化，光刻膠圖案為一系列平行條紋，以此控制有光刻膠的部分和沒有光刻膠的部分材料中性層處在不同高度；4)將柔性聚合物基底沿平行光刻膠條紋方向進行彎曲使金屬薄膜產生納米裂紋；所述的納米裂紋僅產生在未被光刻膠覆蓋的金屬薄膜區域，以此可以精確控制納米裂紋的參數；5)采用去除劑去除金屬薄膜表面的光刻膠；6)將柔性聚合物基底切割成懸臂梁結構；7)最后將柔性聚合物與玻璃基板鍵合：分別對柔性聚合物上沒有金屬薄膜的表面和玻璃基板的表面進行處理后，將兩個表面貼合按壓實現鍵合。2.根據權利要求1所述的一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，其特征在于，步驟1)中所述的薄膜沉積方法包括磁控濺射法、化學氣相沉積。3.根據權利要求1所述的一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，其特征在于，步驟2)中所述光刻膠為bp212正性光刻膠。4.根據權利要求1所述的一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，其特征在于，步驟2)中圖形化方法為光刻和濕法腐蝕。5.根據權利要求1所述的一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，其特征在于，步驟4)中所述的對柔性聚合物基底進行彎曲使金屬薄膜產生納米裂紋的具體方式為：將柔性聚合物環繞在一定曲率半徑的管上，金屬薄膜表面出現平行不銹鋼管方向的納米裂紋，其中，曲率半徑大小隨所需裂紋間隔大小而取值不同，取值范圍在0.5mm～12mm。6.根據權利要求1所述的一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，其特征在于，步驟5)中所述的光刻膠去除劑為丙酮。7.根據權利要求1所述的一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，其特征在于，步驟7)中所述的鍵合方法為氧等離子體鍵合。
技術總結
一種基于納米裂紋的地震動傳感器的制造方法，屬于微機電系統和微納米加工技術領域。步驟如下：首先采用磁控濺射等薄膜沉積方法在柔性聚合物表面沉積一層金屬薄膜，接著在金屬薄膜表面旋涂光刻膠并將光刻膠與金屬薄膜圖形化，再將金屬薄膜表面的光刻膠再次圖形化，隨后對柔性聚合物進行彎曲使金屬薄膜產生納米裂紋，然后去除金屬薄膜表面的光刻膠，接著將柔性聚合物基底切割成懸臂梁結構，最后將柔性聚合物與玻璃基板鍵合。本發明通過在懸臂梁結構的柔性聚合物基底上制作帶有納米裂紋的金屬薄膜，可以實現對于微地震的超靈敏測量，從而可以提高地震動傳感器的探測范圍。從而可以提高地震動傳感器的探測范圍。從而可以提高地震動傳感器的探測范圍。
