Üç boyutlu baskı metodu ile üretilmiş dalgalı yüzeyli sığal basınç algılayıcı

Abstract

ÖZET: Geleneksel olarak, sığal basınç algılayıcıları paralel plaka düzlemsel kondansatörlerin bir plakasını ince diyafram olarak kullanmaktadır. Bu çalışmada yeni nesil, kulan-at özelliğine sahip, üç boyutlu yazıcı ile üretilmiş ve yüzeyi alanı arttırılmış şeffaf polimer bir sığal basınç algılayıcı yapısı sunulmuştur. Önerilen yapı düzlemsel bir sığaç özelliklerine sahip olup, üst ve alt olmak üzere iki plakadan oluşmaktadır. Plakaların iç yüzeylerinin topolojisi değiştirilerek algılayıcının yüzey alanı arttırılmıştır. Önerilen bu cihaz, Polyjet Connex3 Objet260 üç boyutlu yazıcı kullanılarak VeroClear malzemesinden üretilmiştir. 3B yazıcı ile oluşturulan ve şeffaf termoplastik malzeme ile üretilen algılayıcı parçaları, kullanılan malzemenin yapısı itibarıyla iletken değillerdir. Söz konusu cihaza tozutma prensibi kullanılarak önce 40 nm kalınlığında ince film krom daha sonra ise 115 nm kalınlıktaki altın malzeme kaplanmış ve böylelikle yapıya iletkenlik kazandırılmış; düzlemsel sığaç yapısının alt ve üst metal yüzeyleri oluşturulmuştur. Üretilen algılayıcının boyutları 11x11x4,6 mm3 ’dür. Nominal değeri 2,7 pF olan cihaza deneyler esnasında en yüksek 8,88 kPa kadar çeşitli basınç değerleri uygulanmıştır. Cihazın azami 4,3 pF sığa değeri aldığı ölçülmüştür. En yüksek hassasiyet değeri ise 0,14 pF / kPa olarak hesaplanan algılayıcının, basınç ölçümlerinde başarı ile kullanılabileceği gösterilmiştir.ABSTRACT: Conventionally, capacitive pressure sensors employ thin diaphragms as one of plates of a parallel-plate planar capacitor. Applied pressure causes this diaphragm to deflect and the capacitance to change. In this study, a new generation, 3D printed, transparent polymer capacitor pressure sensor structure with increased surface area is presented. The structure is basically a planar capacitor that consists of two plates, upper and lower. The surface area of the sensor is increased by changing the topology of the surfaces of the plates. Proposed device is fabricated using Polyjet Connex3 Objet260 3D printer and Veroclear as the printing material. The sensing plates that are fabricated by employing the 3D printer and transparent thermoplastic material are not inherently conductive. Therefore, 3D printed polymer device obtained conductivity by applying first 40 nm thick chromium film and subsequently 115 nm thick gold layer via sputtering process. The dimensions of the manufactured sensor are 11x11x4.6 mm3 . The device has a nominal capacitance value of 2.7 pF. Pressure values up to 8.88 kPa applied to the sensor during experiments. The sensor measured to have a maximum of 4.3 pF capacitance value. The highest sensitivity value is measured as 0.14 pF / kPa. With the experiments carried out, it is proven that the presented sensor can be used in pressure measurement.