一种纳米复合薄膜、应变传感器及其应用的制作方法

本发明属于传感器，具体是一种纳米复合薄膜、应变传感器及其应用。

背景技术：

1、在核电安全控制领域，需要在工质运行期间，监测核电厂第一回路或第二回路的压力波动（差压），维持核电厂的正常运行，预防核电事故发生；同时，在核电厂能动设备使用过程中，也需要监测核电厂的压力信号，实现核电厂的智能自动控制，快速控制核电厂的安全；此外，在核电厂的冷凝器排热时，海水与冷凝器内部工质之间的压力需要监测，以防止内外的压差对冷凝器的结构造成损坏。因此，在核电安全控制领域，差压传感器是安全控制的眼睛，也是实现核电厂安全运行的重要依仗，其稳定性和灵敏度是关乎核电厂能否安全稳定运行，是关键的智能核安全设备之一。

2、相关技术中的差压传感器包括扩散硅差压传感器和电容差压传感器；上述两种传感器都需要填充硅油类的工质，压力波动反应速度容易收到硅油的密封性影响，一旦硅油出现泄露或者硅油降解产生杂质，扩散硅和电容差压传感器的灵敏度和精度都会迅速下降。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种纳米复合薄膜，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。

2、本发明还提供了一种应变传感器。

3、本发明还提供了上述应变传感器的应用。

4、具体如下，第一方面公开了一种纳米复合薄膜，包括：

5、基底层，所述基底层表面设有过渡层；

6、所述过渡层表面设有绝缘层；

7、所述绝缘层的部分表面设有应变层；

8、所述绝缘层的剩余部分表面设有保护层；

9、所述应变层的部分表面设有焊盘；

10、所述应变层的剩余部分表面设有保护层；

11、所述应变层由ptw层和pdcrwal层组成；

12、所述pdcrwal层由以下质量分数的元素组成：

13、pd 78%~83%、cr 10%~15%、w 3%~5%、al 1%~2%。

14、根据本发明纳米复合薄膜技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：

15、本发明中应变层为复合应变层，其中ptw层的抗氧化性好；而pdcrwal层的结构稳定性好，通过两者之间的搭配，从而大大提升了应变层的抗氧化性和稳定性，从而能够适用于各种工况环境，具有广阔的应用前景。

16、根据本发明的一些实施方式，所述ptw层由以下质量分数的元素组成：

17、pt 90%~92%和w 8%~10%。

18、根据本发明的一些实施方式，所述ptw层的厚度为300nm~500nm。

19、根据本发明的一些实施方式，所述保护层由al层、al2o3层和zro2层组成；所述al层与所述应变层相接触。

20、根据本发明的一些实施方式，所述al层的厚度为100nm~200nm。

21、根据本发明的一些实施方式，所述保护层中al2o3层的厚度为500nm~800nm。

22、根据本发明的一些实施方式，所述zro2层的厚度为50nm~80nm。

23、根据本发明的一些实施方式，所述基底层为恒弹性合金基底层、弹性钢基底层、非晶弹性材料基底层、钛合金基底层和镍合金材料基底层中的至少一种。

24、根据本发明的一些实施方式，所述弹性钢基底层为316l不锈钢基底层。

25、根据本发明的一些实施方式，所述pdcrwal层的厚度为1μm~1.5μm。

26、根据本发明的一些实施方式，所述绝缘层为al2o3层。

27、根据本发明的一些实施方式，所述绝缘层的厚度为2μm~3μm。

28、根据本发明的一些实施方式，所述过渡层为nicraly过渡层。

29、nicraly过渡层形成致密的氧化层，从而保护应变层，具有抗氧化性、抗腐蚀性的作用，并且起到粘接和过渡作用。

30、根据本发明的一些实施方式，所述nicraly过渡层由以下质量分数的元素组成：

31、ni 50%~65%、cr 20%~30%、al 10%~15%和y 0.5%~1.5%。

32、根据本发明的一些实施方式，所述nicraly过渡层由以下质量分数的元素组成：

33、ni 63%~65%、cr 20%~23%、al 10%~13%和y 1%~1.5%。

34、根据本发明的一些实施方式，所述过渡层的厚度为2μm~4μm。

35、根据本发明的一些实施方式，所述焊盘为金焊盘。

36、根据本发明的一些实施方式，所述焊盘的厚度为500nm~1500nm。

37、根据本发明的一些实施方式，所述纳米复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

38、s1、在所述基底层上依次生长所述过渡层和所述绝缘层；

39、s2、在所述绝缘层表面生长应变层；光刻后实现应变层图案化，形成图案化应变层；

40、s3、在所述图案化应变层表面部分区域生长保护层；在所述图案化应变层表面部分区域生长焊盘。

41、根据本发明的一些实施方式，所述基底层需进行研磨处理。

42、根据本发明的一些实施方式，所述研磨处理为采用机械抛光。

43、根据本发明的一些实施方式，所述过渡层的生长方法为磁控溅射或离子束溅射。

44、根据本发明的一些实施方式，所述绝缘层的生长方式为磁控溅射或离子束溅射。

45、根据本发明的一些实施方式，所述应变层的生长方式为磁控溅射或离子束溅射。

46、根据本发明的一些实施方式，所述ptw层的生长方式为磁控溅射或离子束溅射。

47、根据本发明的一些实施方式，所述ptw层的生长方式为磁控溅射。

48、根据本发明的一些实施方式，所述ptw层的溅射过程中基底的温度为300℃~500℃。

49、根据本发明的一些实施方式，所述ptw层的溅射功率为150w~250w。

50、根据本发明的一些实施方式，所述pdcrwal层的溅射过程中基底的温度为300℃~500℃。

51、根据本发明的一些实施方式，所述pdcrwal层的溅射功率为250w~300w。

52、本发明第二方面提供了一种应变传感器，包括上述的纳米复合薄膜。

53、根据本发明的一些实施方式，包括应变传感器包括压差形变片；

54、所述压差形变片上开设有纳米复合薄膜固定槽；

55、所述纳米复合薄膜固定槽用于固定所述纳米复合薄膜。

56、根据本发明的一些实施方式，还包括芯体保护腔体；所述芯体保护腔体上设置有若干排气孔。

57、根据本发明的一些实施方式，所述芯体保护腔体上还设置有排污孔。

58、根据本发明的一些实施方式，所述芯体保护腔体内部设置高压腔体和低压腔体。

59、根据本发明的一些实施方式，所述高压腔体与低压腔体通过所述压差形变片分隔。

60、根据本发明的一些实施方式，所述高压腔体与所述压差形变片间还设置有第一过压保护网。

61、根据本发明的一些实施方式，所述低压腔体与所述压差形变片间还设置有第二过压保护网。

62、根据本发明的一些实施方式，所述芯体保护腔体内部还设置有芯体固定机构。

63、根据本发明的一些实施方式，所述芯体固定机构中开设有若干通孔。

64、根据本发明的一些实施方式，所述芯体固定机构上开设有固定槽。

65、根据本发明的一些实施方式，所述芯体固定机构上固定槽与所述压差形变片上固定槽对应设置。

66、根据本发明的一些实施方式，所述纳米复合薄膜电连接有传感器电路。

67、本发明第三方面还公开了上述应变传感器在制备核电厂压力监控设备中的应用。