CN103604521A - 温敏探头及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温敏探头及其制备方法，温敏探头包括连接端、以及依次叠加为一体的P型热电偶层、至少一第一柔性基底和N型热电偶层，P型热电偶层和N型热电偶层的一端通过连接端电连接形成PN结，P型热电偶层和N型热电偶层的另一端分别引出有电极，P型热电偶层和N型热电偶层可随至少一第一柔性基底的弯曲变形而发生形变。制备方法包括以下步骤：S1：在至少一第一柔性基底的两个相对应两侧的表面上分别镀制P型热电偶层和N型热电偶层；S2：将P型热电偶层和N型热电偶层通过连接端电连接；S3：在P型热电偶层和N型热电偶层上分别引出电极。其有益效果：制备方法技术简单，温敏探头灵敏度高、响应快、寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及温度传感技术领域，更具体地说，涉及一种用于快速检测物体表面温度的温敏探头及其制备方法。
背景技术
在实际生产和生活中，对物体温度的测量，尤其是物体表面瞬间温度变化的测量显得十分重要。比如应用于笔记本电脑、手机以及电动汽车等各个领域的锂电池，当其出现故障时，温度会突然升高，会导致电池寿命缩减以致损坏，甚至会发生自燃、爆炸等意外事故。因此，在锂电池实际应用中，有必要采用温度传感器连接监控电路对电池温度进行快速监控管理，发生异常时实行报警和切断电源等。
目前市场上存在的普通温度传感器，包括铂电阻传感器和热电偶传感器，都存在体积大、耗材多、热容量大、响应速度慢等问题。而现有的薄膜传感器，包括薄膜热电阻和薄膜热电偶，对于薄膜传感器尤其是薄膜热电偶的研究过程中发现，存在以下问题：薄膜热电偶的灵敏度偏低；采用AlN、Al2O3陶瓷作为基底，不利于曲面或者可变形表面的温度探测；AlN、Al2O3等陶瓷基底的温度传感器在受到冲击力时易碎，同时，由于热膨胀系数的差别，传感器材料薄膜与基底在测温时出现附着力变差和易脱落等现象。因此温度传感器尚需进一步的开发和完善。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种温敏探头及其制备方法，此方法制备技术简单、生产效率高，制备出的温敏探头灵敏度高、响应快、寿命长，具有非常高的应用前景和实用价值。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种温敏探头，包括连接端、以及依次叠加为一体的P型热电偶层、至少一第一柔性基底和N型热电偶层，所述P型热电偶层和所述N型热电偶层的一端通过所述连接端电连接形成PN结，所述P型热电偶层和所述N型热电偶层的另一端分别引出有电极，所述P型热电偶层和所述N型热电偶层可随至少一所述第一柔性基底的弯曲变形而发生形变。
在本发明所述的温敏探头中，所述P型热电偶层的厚度为1nm至5μm，所述N型热电偶层的厚度为1nm至5μm，所述第一柔性基底的厚度为0.01mm至1mm。
在本发明所述的温敏探头中，所述P型热电偶层的两端边缘上分别设有第一导电层，所述N型热电偶层的两端边缘上分别设有第二导电层，所述连接端的一端与一所述第一导电层连接、所述连接端的另一端与同侧的一所述第二导电层连接，另一所述第一导电层为所述P型热电偶层上的所述电极、另一所述第二导电层为所述N型热电偶层上的所述电极，两个所述电极上分别连接有导线。
在本发明所述的温敏探头中，所述P型热电偶层的外层面上和/或所述N型热电偶层的外层面上还分别涂覆有用于绝缘保护的保护层。
在本发明所述的温敏探头中，所述N型热电偶层的外层面上还设有第二柔性基底，所述P型热电偶层的外层面上设置所述保护层；或者，所述P型热电偶层的外层面上设置所述第二柔性基底，所述N型热电偶层的外层面上设置所述保护层，所述保护层包括SiO2绝缘保护层或Al2O3绝缘保护层。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还构造一种温敏探头的制备方法，包括以下步骤：
S1：在至少一第一柔性基底的两个相对应两侧的表面上分别镀制P型热电偶层和N型热电偶层；
S2：将所述P型热电偶层和所述N型热电偶层通过连接端电连接；
S3：在所述P型热电偶层和所述N型热电偶层上分别引出电极。
在本发明所述的温敏探头的制备方法中，所述步骤S1包括：
所述第一柔性基底的数量为一个，在所述第一柔性基底的一表面上溅射沉积所述P型热电偶层；在所述第一柔性基底的另一表面上溅射沉积所述N型热电偶层；
或者，所述第一柔性基底的数量为两个，在第一个所述第一柔性基底的一表面上溅射沉积所述P型热电偶层；在第二个所述第一柔性基底的一表面上溅射沉积所述N型热电偶层；所述P型热电偶层与第二个所述第一柔性基底相叠加，或者所述N型热电偶层与第一个所述第一柔性基底相叠加，或者第一个所述第一柔性基底和第二个所述第一柔性基底相叠加；
所述P型热电偶层的厚度为1nm至5μm，所述N型热电偶层的厚度为1nm至5μm，所述第一柔性基底的厚度为0.01mm至1mm。
在本发明所述的温敏探头的制备方法中，所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括步骤S2.1：在所述P型热电偶层的两端边缘上分别镀制第一导电层，在所述N型热电偶层的两端边缘上分别镀制第二导电层。
在本发明所述的温敏探头的制备方法中，
所述步骤S2包括：将所述连接端的一端与一所述第一导电层连接、将所述连接端的另一端与同侧的一所述第二导电层连接；
所述步骤S3包括：另一所述第一导电层为所述P型热电偶层上的所述电极、另一所述第二导电层为所述N型热电偶层上的所述电极，两个所述电极上分别连接导线。
在本发明所述的温敏探头的制备方法中，所述步骤S3之后还包括步骤S4：在所述P型热电偶层的外层面上和/或所述N型热电偶层的外层面上还分别涂覆有用于绝缘保护的保护层，所述保护层包括SiO2绝缘保护层或Al2O3绝缘保护层。
实施本发明的温敏探头及其制备方法，具有以下有益效果：其制备方法制备技术简单、生产效率较高，制备出的温敏探头灵敏度高、响应快、寿命长，具有非常高的应用前景和实用价值。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明温敏探头第一实施例的结构示意图；
图2是本发明温敏探头第二实施例的结构示意图；
图3是本发明温敏探头第三实施例的结构示意图；
图4是本发明温敏探头第四实施例的结构示意图；
图5是温敏探头所测量的热电动势与实际温度关系；
图中：
1-连接端，2-P型热电偶层，3-第一柔性基底，4-N型热电偶层，5-导线，6-第一导电层，7-第二导电层，8-保护层，9-第二柔性基底。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1
如图1所示，本实施例的温敏探头，包括连接端1、以及依次叠加为一体的P型热电偶层2、至少一第一柔性基底3和N型热电偶层4，P型热电偶层2和N型热电偶层4的一端通过连接端1电连接形成PN结，P型热电偶层2和N型热电偶层4的另一端分别引出有电极，P型热电偶层2和N型热电偶层4可随至少一第一柔性基底3的弯曲变形而发生形变。
连接端1用于电连接P型热电偶层2和N型热电偶层4，连接端1作为温敏探头的测温端。连接端1可以为铜、金或银等薄导电箔片或采用溅射沉积的导电薄膜层。
P型热电偶层2包括但不限于是P型的Te基热电薄膜层、Zn基热电薄膜层等热电薄膜材料层。P型热电偶层2的厚度为1nm至5μm，例如P型热电偶层2的厚度为1nm、1.9nm、3.5μm或者5μm等。第一柔性基底3包括但不限于是柔性聚酰亚胺基底（即Kapton薄膜基底）、或者聚乙烯醇基底（即PVA薄膜基底）、或者聚对苯二甲酸乙二醇酯基底（即PET薄膜基底）、或者联苯型聚酞亚胺基底（即Upilex薄膜基底）等具有可塑性的柔性基底。第一柔性基底3具有柔性，这样能够制备出具有各种形状、可应用于曲面或者可变形表面等温度探测的高灵敏度和高响应速度的温敏探头。第一柔性基底3的厚度介于0.01mm-1mm，例如第一柔性基底3的厚度为0.01mm、0.12mm、0.47mm或者1mm等。第一柔性基底3应平整光滑，这样便于在第一柔性基底3上形成均匀厚度的P型热电偶层2或者N型热电偶层4，或者是便于两个第一柔性基底3的相互叠加。N型热电偶层4包括但不限于是N型的Te基热电薄膜层、Zn基热电薄膜层等热电薄膜材料层。N型热电偶层4的厚度介于1nm-5.0μm，例如N型热电偶层4的厚度为1nm、1.6nm、2.7μm或者5μm等。“依次叠加为一体的P型热电偶层2、至少一第一柔性基底3和N型热电偶层4”有两层含义；一是至少一第一柔性基底3位于P型热电偶层2和N型热电偶层4之间，可以是P型热电偶层2位于上部、至少一第一柔性基底3位于中间、N型热电偶层4位于下部，也可以是N型热电偶层4位于上部、至少一第一柔性基底3位于中间、P型热电偶层2位于下部；二是第一柔性基底3的数量至少为1个，例如是1个或者2个等数量，2个第一柔性基底3时，2个第一柔性基底3叠加为一体，2个第一柔性基底3的上表面涂覆P型热电偶层2、2个第一柔性基底3的下表面涂覆N型热电偶层4，或者是2个第一柔性基底3的上表面涂覆N型热电偶层4、2个第一柔性基底3的下表面涂覆P型热电偶层2。
本实施例中，第一柔性基底3的数量为1个，第一柔性基底3的两个表面上分别是P型热电偶层2和N型热电偶层4。P型热电偶层2和N型热电偶层4分别附着在第一柔性基底3的两个表面上，这样使得P型热电偶层2和N型热电偶层4具有较好的附着力，在温敏探头受到外力冲击时，可以确保P型热电偶层2和N型热电偶层4的附着稳定性，使得温敏探头具有较长的使用寿命和稳定性。
P型热电偶层2的两端边缘上分别设有第一导电层6，N型热电偶层4的两端边缘上分别设有第二导电层7，连接端1的一端与一第一导电层6连接、连接端1的另一端与同侧的一第二导电层7连接，另一第一导电层6为P型热电偶层2上的电极、另一第二导电层7为N型热电偶层4上的电极，两个电极上分别连接有导线5；且连接端1通过焊接或者接触式连接等方式而分别与第一导电层6和第二导电层7连接，电线5通过焊接或者接触式连接等方式而分别与第一导电层6和第二导电层7连接。导电层（第一导电层6和第二导电层7）用于连接连接端1、并用于引出电极；导电层为金属薄膜层，例如是金属Cu薄膜层或者金属Ag薄膜层等，金属薄膜层的厚度介于0.5μm-1.0μm，例如金属薄膜层的厚度为0.5μm、0.6μm、0.7μm或者1μm等；导电层可以减少接触电阻，也即可以减少导线5与电偶层（P型热电偶层2和N型热电偶层4）的接触电阻、减少连接端1与电偶层的接触电阻，增强温敏探头的稳定性，提高温敏探头的使用寿命。第一导电层6可以镀制在P型热电偶层2的两端边缘上，第二导电层7也可以镀制在N型热电偶层4的两端边缘上；第一导电层6位于P型热电偶层2的外层面上，第二导电层7位于第一柔性基底3和N型热电偶层4之间。P型热电偶层2、连接端1和N型热电偶层4形成热电偶回路，电极用于将电偶回路的热势能引出。
优选地，连接端1包括主体、主体一端折弯形成的第一侧部、主体另一端同向折弯形成的第二侧部，第一侧部与其中一个第一导电层6面面相接，第二侧部与其中一个第二导电层7面面相接，这样可以增强连接端1与导电层（第一导电层6和第二导电层7）的连接强度，提高温敏探头的响应速度，延长温敏探头的使用寿命。当然，在一些实施例中，连接端1也可以只包括主体，而不包括第一侧部和第二侧部，此时主体的一端与其中一个第一导电层6连接，主体的另一端与其中一个第二导电层7连接。
本实施例中，N型热电偶层4的外层面上还设有第二柔性基底9，第二柔性基底9与第一柔性基底3的材质、厚度等相同。当然，在一些实施例中，也可以不在N型热电偶层4的外层面上设置第二柔性基底9；或者在P型热电偶层2的外层面上设置第二柔性基底9，此时N型热电偶层4的外层面上设置或者不设置第二柔性基底9均可；其它与本实施例相同。
实施例2
如图2所示。P型热电偶层2的外层面上和/或N型热电偶层4的外层面上还分别涂覆有用于绝缘保护的保护层8，进一步讲，N型热电偶层4的外层面上还设有第二柔性基底9，P型热电偶层2的外层面上设置保护层8。在一些实施例中，也可以是，P型热电偶层2的外层面上设置第二柔性基底9，N型热电偶层4的外层面上设置保护层8。
保护层8包括SiO2绝缘保护层或Al2O3绝缘保护层，当然，保护层8不限于此，在一些实施例中，保护层8也可以是其它绝缘保护层，只要为绝缘材料即可作为绝缘保护层，例如是聚氯乙烯绝缘保护层等；保护层8的厚度介于1nm-10mm，例如可以保护层8的厚度为1nm、7nm、10mm等。保护层8用于提供防氧化保护和绝缘保护，避免外界杂质和水的进入，从而可以提高温敏探头的使用寿命和稳定性。
其它与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
如图3所示，第一柔性基底3的数量为1个，第一柔性基底3的两个表面上分别是P型热电偶层2和N型热电偶层4，P型热电偶层2的外层面上涂覆保护层8、且N型热电偶层4的外层面上也涂覆保护层8。
为了表述方便，我们将P型热电偶层2的外层面上涂覆的保护层8命名为第一保护层，将N型热电偶层4的外层面上涂覆的保护层8命名为第二保护层。第一导电层6位于P型热电偶层2和第一保护层之间，第二导电层7位于N型热电偶层4和第二保护层之间。
其它与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例4
如图4所示，第一柔性基底3的数量为2个，2个第一柔性基底3的上表面涂覆N型热电偶层4、2个第一柔性基底3的下表面涂覆P型热电偶层2，或者是2个第一柔性基底3叠加为一体，2个第一柔性基底3的上表面涂覆P型热电偶层2、2个第一柔性基底3的下表面涂覆N型热电偶层4。在一些实施例中，第一柔性基底3的数量也可以是3个、5个等多个数量，其它与本实施例相同。
P型热电偶层2的外层面上和N型热电偶层4的外层面上还分别涂覆有用于绝缘保护的保护层8。
其它与实施例3相同，在此不再赘述。
实施例5
下面讲述本实施例的温敏探头的制备方法。
本实施例的温敏探头的制备方法，包括以下步骤：
S1：在至少一第一柔性基底3的两个相对应两侧的表面上分别涂覆P型热电偶层2和N型热电偶层4；
S2：将P型热电偶层2和N型热电偶层4通过连接端1电连接；
S3：在P型热电偶层2和N型热电偶层4上分别引出电极。
步骤S1包括：第一柔性基底3的数量为一个，在第一柔性基底3的一表面上溅射沉积P型热电偶层2；在第一柔性基底3的另一表面上溅射沉积N型热电偶层4；
P型热电偶层2包括但不限于是P型的Te基热电薄膜层、Zn基热电薄膜层等热电薄膜材料层。N型热电偶层2包括但不限于是N型的Te基热电薄膜层、Zn基热电薄膜层等热电薄膜材料层。第一柔性基底3包括但不限于是柔性聚酰亚胺基底、或者聚乙烯醇基底、或者聚对苯二甲酸乙二醇酯基底、或者联苯型聚酞亚胺基底等具有可塑性的柔性基底；P型热电偶层2的厚度为1nm至5μm，N型热电偶层4的厚度为1nm至5μm，所述第一柔性基底的厚度为0.01mm至1mm；
优选地，于室温条件下进行上述的溅射沉积，室温的温度介于5℃-37℃；溅射沉积后进行300℃-500℃的真空热退火处理，这样可以增强P型热电偶层2（或者N型热电偶层4）与第一柔性基底3的连接强度，可以消除P型热电偶层2的内应力，增长使用寿命。
步骤S1和步骤S2之间还包括步骤S2.1：在P型热电偶层2的两端边缘上分别镀制第一导电层6，在N型热电偶层4的两端边缘上分别镀制第二导电层7。
步骤S2包括：将连接端1的一端与一第一导电层6连接、将连接端1的另一端与同侧的一第二导电层7连接；
步骤S3包括：另一第一导电层6为P型热电偶层2上的电极、另一第二导电层7为N型热电偶层4上的电极，两个电极上分别连接导线5。
步骤S3之后还包括步骤S4：在P型热电偶层2的外层面上和/或N型热电偶层4的外层面上还分别涂覆有用于绝缘保护的保护层8，保护层8包括SiO2绝缘保护层或Al2O3绝缘保护层。
进一步讲，以P型热电偶层2为Sb2Te3薄膜层、N型热电偶层4为Bi2Te3薄膜层、第一柔性基底3为柔性聚酰亚胺基底为例进行说明。
采用磁控溅射镀膜机来溅射沉积P型热电偶层2和N型热电偶层4。选用P型的Sb2Te3和N型的Bi2Te3半导体化合物，在两个直流溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Bi和Sb靶，在射频溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Te。以柔性聚酰亚胺基底作为第一柔性基底3，第一柔性基底3的厚度为0.01mm，有机溶剂对第一柔性基底3进行超声波清洗，然后放入镀膜室内的夹具上。柔性聚酰亚胺基底具有较好的耐温特性。在室温条件下，分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第一柔性基底3的一面上镀制Sb-Te膜，再进行300℃的真空热退火后续处理，形成厚度为1nmm的P型热电偶层2。同样，在室温条件下分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第一柔性基底3的另一面上镀制Bi-Te膜，进行300℃的真空热退火处理后，形成厚度为1nm的N型热电偶层4。完成P型热电偶层2和N型热电偶层4后，通过掩膜技术，分别在P型热电偶层2和N型热电偶层4的两端边缘上镀制约为0.5μm的金属Cu薄膜层，作为导电层（第一导电层6和第二导电层7），导电层可以减小接触电阻，并增强温敏探头的稳定性。在互相重合的P型热电偶层2和N型热电偶层4的一端增添铜薄膜箔片作为连接端1，便形成温敏探头的测温端。最后，采用焊接或者接触式等方式在P型热电偶层2和N型热电偶层4的另一端导电层上引出导线5。
采用磁控溅射技术溅射沉积SiO2或Al2O3薄膜作为保护层8，再加以封装形成温敏探头。
制备得到的温敏探头中，第一柔性基底3的数量为1个，第一柔性基底3的两个表面上分别是P型热电偶层2和N型热电偶层4，P型热电偶层2的外层面上和N型热电偶层4的外层面上还分别涂覆有用于绝缘保护的保护层8。
实施例6
采用磁控溅射镀膜机来溅射沉积P型热电偶层2和N型热电偶层4。选用P型的Sb2Te3和N型的Bi2Te3半导体化合物，在两个直流溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Bi和Sb靶，在射频溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Te。以柔性聚酰亚胺基底作为第一柔性基底3，第一柔性基底3的厚度为0.03mm，有机溶剂对第一柔性基底3进行超声波清洗，然后放入镀膜室内的夹具上。柔性聚酰亚胺基底具有较好的耐温特性。在室温条件下，分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第一柔性基底3的一面上镀制Sb-Te膜，再进行400℃的真空热退火后续处理，形成厚度为50nm的P型热电偶层2。同样，在室温条件下分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第一柔性基底3的另一面上镀制Bi-Te膜，进行400℃的真空热退火处理后，形成厚度为40nm的N型热电偶层4。完成P型热电偶层2和N型热电偶层4后，通过掩膜技术，分别在P型热电偶层2和N型热电偶层4的两端边缘上镀制约为0.7μm的金属Cu薄膜层，作为导电层（第一导电层6和第二导电层7），导电层可以减小接触电阻，并增强温敏探头的稳定性。在互相重合的P型热电偶层2和N型热电偶层4的一端增添铜薄膜箔片作为连接端1，便形成温敏探头的测温端。最后，采用焊接或者接触式等方式在P型热电偶层2和N型热电偶层4的另一端导电层上引出导线5。
采用磁控溅射技术溅射沉积SiO2或Al2O3薄膜作为保护层8，再加以封装形成温敏探头。其它与实施例5相同。
实施例7
采用磁控溅射镀膜机来溅射沉积P型热电偶层2和N型热电偶层4。选用P型的Sb2Te3和N型的Bi2Te3半导体化合物，在两个直流溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Bi和Sb靶，在射频溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Te。以柔性聚酰亚胺基底作为第一柔性基底3，第一柔性基底3的厚度为1mm，有机溶剂对第一柔性基底3进行超声波清洗，然后放入镀膜室内的夹具上。柔性聚酰亚胺基底具有较好的耐温特性。在室温条件下，分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第一柔性基底3的一面上镀制Sb-Te膜，再进行500℃的真空热退火后续处理，形成厚度为5μm的P型热电偶层2。同样，在室温条件下分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第一柔性基底3的另一面上镀制Bi-Te膜，进行500℃的真空热退火处理后，形成厚度为5μm的N型热电偶层4。完成P型热电偶层2和N型热电偶层4后，通过掩膜技术，分别在P型热电偶层2和N型热电偶层4的两端边缘上镀制约为1μm的金属Cu薄膜层，作为导电层（第一导电层6和第二导电层7），导电层可以减小接触电阻，并增强温敏探头的稳定性。在互相重合的P型热电偶层2和N型热电偶层4的一端增添铜薄膜箔片作为连接端1，便形成温敏探头的测温端。最后，采用焊接或者接触式等方式在P型热电偶层2和N型热电偶层4的另一端导电层上引出导线5。
采用磁控溅射技术溅射沉积SiO2或Al2O3薄膜作为保护层8，再加以封装形成温敏探头。其它与实施例5相同。
实施例8
本实施例的温敏探头的制备方法中，步骤S1包括：第一柔性基底3的数量为两个，在第一个第一柔性基底3的一表面上溅射沉积P型热电偶层2；在第二个第一柔性基底3的一表面上溅射沉积N型热电偶层4；P型热电偶层2与第二个第一柔性基底3相叠加。
进一步讲，例如，采用磁控溅射镀膜机来溅射沉积P型热电偶层2和N型热电偶层4。选用P型的Sb2Te3和N型的Bi2Te3半导体化合物，在两个直流溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Bi和Sb靶，在射频溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Te。以柔性聚酰亚胺基底作为第一柔性基底3，第一柔性基底3的厚度为0.08mm，第一柔性基底3的数量为2个，有机溶剂对第一柔性基底3进行超声波清洗，然后放入镀膜室内的夹具上。柔性聚酰亚胺基底具有较好的耐温特性。在室温条件下，分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第一个第一柔性基底3的一面上镀制Sb-Te膜，再进行450℃的真空热退火后续处理，形成厚度为100nm的P型热电偶层2。同样，在室温条件下分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第二个第一柔性基底3的一面上镀制Bi-Te膜，进行380℃的真空热退火处理后，形成厚度为70nm的N型热电偶层4。完成P型热电偶层2和N型热电偶层4后，P型热电偶层2与第二个第一柔性基底3相叠加，然后通过掩膜技术，分别在P型热电偶层2和N型热电偶层4的两端边缘上镀制约为0.8μm的金属Cu薄膜层，作为导电层（第一导电层6和第二导电层7），导电层可以减小接触电阻，并增强温敏探头的稳定性。在互相重合的P型热电偶层2和N型热电偶层4的一端增添铜薄膜箔片作为连接端1，便形成温敏探头的测温端。最后，采用焊接或者接触式等方式在P型热电偶层2和N型热电偶层4的另一端导电层上引出导线5。
采用磁控溅射技术溅射沉积SiO2或Al2O3薄膜作为保护层8，再加以封装形成温敏探头。其它与实施例5相同。
实施例9
本实施例的温敏探头的制备方法中，步骤S1包括：第一柔性基底3的数量为两个，在第一个第一柔性基底3的一表面上溅射沉积P型热电偶层2；在第二个第一柔性基底3的一表面上溅射沉积N型热电偶层4；第一个第一柔性基底3和第二个第一柔性基底3相叠加。
进一步讲，例如，采用磁控溅射镀膜机来溅射沉积P型热电偶层2和N型热电偶层4。选用P型的Sb2Te3和N型的Bi2Te3半导体化合物，在两个直流溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Bi和Sb靶，在射频溅射靶位上放置纯度为99.99%的单质Te。以柔性聚酰亚胺基底作为第一柔性基底3，第一柔性基底3的厚度为0.07mm，第一柔性基底3的数量为2个，有机溶剂对第一柔性基底3进行超声波清洗，然后放入镀膜室内的夹具上。柔性聚酰亚胺基底具有较好的耐温特性。在室温条件下，分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第一个第一柔性基底3的一面上镀制Sb-Te膜，再进行470℃的真空热退火后续处理，形成厚度为150nm的P型热电偶层2。同样，在室温条件下分别采用直流溅射和射频溅射方法，在第二个第一柔性基底3的一面上镀制Bi-Te膜，进行460℃的真空热退火处理后，形成厚度为110nm的N型热电偶层4。完成P型热电偶层2和N型热电偶层4后，第一个第一柔性基底3和第二个第一柔性基底3相叠加，然后通过掩膜技术，分别在P型热电偶层2和N型热电偶层4的两端边缘上镀制约为0.6μm的金属Cu薄膜层，作为导电层（第一导电层6和第二导电层7），导电层可以减小接触电阻，并增强温敏探头的稳定性。在互相重合的P型热电偶层2和N型热电偶层4的一端增添铜薄膜箔片作为连接端1，便形成温敏探头的测温端。最后，采用焊接或者接触式等方式在P型热电偶层2和N型热电偶层4的另一端导电层上引出导线5。
采用磁控溅射技术溅射沉积SiO2或Al2O3薄膜作为保护层8，再加以封装形成温敏探头。其它与实施例5相同。
实施例10
上面的实施例中，是在第一柔性基底3上溅射沉积P型热电偶层2或N型热电偶层4。在实施例10中，也可以是在第一柔性基底3粘贴P型热电偶层2和N型热电偶层4，例如第一柔性基底的厚度为0.08mm，在该第一柔性基底的两个相对应两侧的表面上分别粘贴P型热电偶层2和N型热电偶层4，P型热电偶层2的厚度为3μm，N型热电偶层4的厚度为4μm；或者是第一柔性基底的数量为2个，第一柔性基底的厚度均为0.09mm，在第一个第一柔性基底表面上粘贴P型热电偶层2，P型热电偶层2的厚度为5μm，在第二个第一柔性基底表面上粘贴N型热电偶层4，N型热电偶层4的厚度为5μm，P型热电偶层2与第二个第一柔性基底3相叠加，或者N型热电偶层4与第一个第一柔性基底3相叠加，或者第一个第一柔性基底3和第二个第一柔性基底3相叠加。其它与实施例5相同。
对比试验
K型热电偶TP-01应用最为广泛，因此选用K型热电偶TP-01与本发明的温敏探头进行对比实验。实际测量温度通过标准K型热电偶进行校准，采用了灵敏度为405μV/℃的特制温控显示仪（型号:WDRTS,生产厂商：北京长明灯科技有限公司）进行处理所测得的温敏探头的热电动势信号。
表1温敏探头与K型热电偶TP-01有关参数的实际测量结果
| 传感器类型 | 热响应时间T（S） | 误差值（℃） | 测量范围(℃) |
| K型热电偶TP-01 | 5 | ±2 | -40～250 |
| 温敏探头 | 2 | ＜0.5 | -40～250 |
表1是本发明的温敏探头与K型热电偶TP-01相关参数的实际测量结果，可见，本发明的温敏探头具有较高的热响应速度和较高的精度，并且在测温过程中具有所测得温度更稳定的特性，表明该温敏探头能够满足作为传感器应用于温度探测的要求，且具有较优的性能
另外，图5展示了温敏探头所测量的热电动势与实际温度关系。本发明的温敏探头具有较高的灵敏度，可达405μV/℃。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种温敏探头，其特征在于，包括连接端（1）、以及依次叠加为一体的P型热电偶层（2）、至少一第一柔性基底（3）和N型热电偶层（4），所述P型热电偶层（2）和所述N型热电偶层（4）的一端通过所述连接端（1）电连接形成PN结，所述P型热电偶层（2）和所述N型热电偶层（4）的另一端分别引出有电极，所述P型热电偶层（2）和所述N型热电偶层（4）可随至少一所述第一柔性基底（3）的弯曲变形而发生形变。
2.根据权利要求1所述的温敏探头，其特征在于，所述P型热电偶层（2）的厚度为1nm至5μm，所述N型热电偶层（4）的厚度为1nm至5μm，所述第一柔性基底（3）的厚度为0.01mm至1mm。
3.根据权利要求2所述的温敏探头，其特征在于，所述P型热电偶层（2）的两端边缘上分别设有第一导电层（6），所述N型热电偶层（4）的两端边缘上分别设有第二导电层（7），所述连接端（1）的一端与一所述第一导电层（6）连接、所述连接端（1）的另一端与同侧的一所述第二导电层（7）连接，另一所述第一导电层（6）为所述P型热电偶层（2）上的所述电极、另一所述第二导电层（7）为所述N型热电偶层（4）上的所述电极，两个所述电极上分别连接有导线（5）。
4.根据权利要求1所述的温敏探头，其特征在于，所述P型热电偶层（2）的外层面上和/或所述N型热电偶层（4）的外层面上还分别涂覆有用于绝缘保护的保护层（8）。
5.根据权利要求4所述的温敏探头，其特征在于，所述N型热电偶层（4）的外层面上设有第二柔性基底（9），所述P型热电偶层（2）的外层面上设置所述保护层（8）；或者，所述P型热电偶层（2）的外层面上设置所述第二柔性基底（9），所述N型热电偶层（4）的外层面上设置所述保护层（8），所述保护层（8）包括SiO2绝缘保护层或Al2O3绝缘保护层。
6.一种温敏探头的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在至少一第一柔性基底（3）的两个相对应两侧的表面上分别镀制P型热电偶层（2）和N型热电偶层（4）；
S2：将所述P型热电偶层（2）和所述N型热电偶层（4）通过连接端（1）电连接；
S3：在所述P型热电偶层（2）和所述N型热电偶层（4）上分别引出电极。
7.根据权利要求6所述的温敏探头的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
所述第一柔性基底（3）的数量为一个，在所述第一柔性基底（3）的一表面上溅射沉积所述P型热电偶层（2）；在所述第一柔性基底（3）的另一表面上溅射沉积所述N型热电偶层（4）；
或者，所述第一柔性基底（3）的数量为两个，在第一个所述第一柔性基底（3）的一表面上溅射沉积所述P型热电偶层（2）；在第二个所述第一柔性基底（3）的一表面上溅射沉积所述N型热电偶层（4）；所述P型热电偶层（2）与第二个所述第一柔性基底（3）相叠加，或者所述N型热电偶层（4）与第一个所述第一柔性基底（3）相叠加，或者第一个所述第一柔性基底（3）和第二个所述第一柔性基底（3）相叠加；
所述P型热电偶层（2）的厚度为1nm至5μm，所述N型热电偶层（4）的厚度为1nm至5μm，所述第一柔性基底（3）的厚度为0.01mm至1mm。
8.根据权利要求7所述的温敏探头的制备方法，其特征在于，所述步骤S1和所述步骤S2之间还包括步骤S2.1：在所述P型热电偶层（2）的两端边缘上分别镀制第一导电层（6），在所述N型热电偶层（4）的两端边缘上分别镀制第二导电层（7）。
9.根据权利要求8所述的温敏探头的制备方法，其特征在于，
所述步骤S2包括：将所述连接端（1）的一端与一所述第一导电层（6）连接、将所述连接端（1）的另一端与同侧的一所述第二导电层（7）连接；
所述步骤S3包括：另一所述第一导电层（6）为所述P型热电偶层（2）上的所述电极、另一所述第二导电层（7）为所述N型热电偶层（4）上的所述电极，两个所述电极上分别连接导线（5）。
10.根据权利要求6所述的温敏探头的制备方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括步骤S4：在所述P型热电偶层（2）的外层面上和/或所述N型热电偶层（4）的外层面上还分别涂覆有用于绝缘保护的保护层（8），所述保护层（8）包括SiO2绝缘保护层或Al2O3绝缘保护层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |