CN107462343A - 一种全打印柔性传感器及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种全打印柔性温度传感器及其制备方法,包括柔性基底,附着于柔性基底上的电极,以及电极之间敏感功能薄膜,通过在柔性基底打印制备电极,然后通过打印方式制备敏感功能薄膜,进而制备全打印柔性温度传感器。制备得到的传感器结构简单,制作工艺简单,灵敏度较高,成本低,容易实现图形化,可以应用于多个复杂的领域。

Description

一种全打印柔性传感器及其制备工艺
技术领域
本发明属于传感器领域,具体涉及一种柔性传感器,尤其涉及一种全打印柔性温度传感器及其制备工艺与应用。
背景技术
近年来,随着有机电子器件的发展以及柔性基质材料的发展,柔性传感器应运而生。具体的柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器,具有良好的柔韧性、延展性,甚至可以自由弯曲、折叠,而且结构形式灵活多样,可根据测量条件的要求任意布置,新型柔性传感器已经在电子皮肤、健康监测、电子电工、运动器材、纺织品、环境监测等领域显示出巨大的应用价值,成为当前热门研究领域之一并取得了迅猛发展。
而温度传感器无论在工业领域还是个人使用领域都有着广泛的应用,其中热电阻、热电偶、光纤多种温度传感技术在各个领域得到了长足的发展。
目前制备柔性传感器的方法多采用溅射法、纳米转印方法等,例如,CN105318983A公开了一种柔性薄膜热电偶温度传感器及其制备方法,包括以下步骤:
S1:制作基片:采用柔性材料制作成型柔性基片;
S2:成型正负极热电偶:采用薄膜制备工艺在柔性基片上镀设正极热电偶薄膜和负极热电偶薄膜,并使正极热电偶薄膜和负极热电偶薄膜于一端对接形成薄膜接点;
S3:引线封装:在正极热电偶薄膜和负极热电偶薄膜的另一端分别连接一个焊盘,在位于正极热电偶薄膜端部的焊盘焊接正极引线、位于负极热电偶薄膜端部的焊盘焊接负极引线。在进行步骤S2时,采用离子束溅射镀膜方式在柔性基片1上镀设正极热电偶薄膜2和负极热电偶薄膜3。其操作过程复杂,特别是溅射方法工艺过程不稳定,不能低温实施等缺陷。
而CN106153207A公开了一种柔性温度传感器及其制备工艺,其制备工艺包括:
(1)在上下柔性基底材料的表面印刷导线层,并组成网格状测量回路;
(2)在两层网格交点位置分别印刷与其导线方向垂直的绝缘层;
(3)在绝缘层基础上,印刷与绝缘层线条方向垂直的应变温敏电阻材料层;
(4)下层电路印刷丝印胶层,丝印胶层成条状,与导线层导线相互平行;
(5)通过丝印胶层将上下电路粘接,在上下层电路交叉点位置构成柔性阵列温度传感器敏感单元。所述上、下电极及温敏材料的图形均采用纳米印制方法直接或间接实现。该工艺制备结构复杂,需要转印涂层。
因此,现有柔性温度传感器制备存在工艺复杂、成本高等缺点,例如溅射法:过程复杂,成本较高,难以实现图形化;纳米转印:制备结构复杂。
发明内容
本发明目的在于克服上述柔性温度传感器制备工艺复杂、成本高等缺点,提供一种柔性温度传感器以及全打印制备方法,获得柔性、快速、轻质以及灵敏度高的全打印温度传感器。
本发明通过在柔性基底打印制备电极,然后通过打印方式制备敏感功能薄膜,进而制备全打印柔性温度传感器。
根据本发明一方面,提供一种全打印柔性温度传感器,其结构包括柔性基底,电极,温敏功能薄膜。
根据本发明的另一方面,提供一种全打印柔性温度传感器的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)配制墨水;
(2)打印电极,通过打印的方式在柔性基底制备得到电极;
(3)将步骤(1)中配制得到的墨水通过打印的方式在电极中间制备得到温敏功能薄膜;
(4)干燥后制备得到柔性温度传感器。
优选地,墨水为PEDOT:PSS墨水、聚(N-异丙基丙烯酰胺)PNIPAAm墨水、聚乙烯吡咯烷酮PVP墨水。
进一步优选地,配制PEDOT:PSS墨水:称取PEDOT:PSS粉末放置于玻璃瓶中,量取去离子水,缓慢加入上述玻璃瓶中充分搅拌,制备1%浓度的PEDOT:PSS墨水。
优选地,电极为银电极、铂电极、金电极中的一种。电极为双电极、三电极中的一种,其排布方式为平行排列。
优选地,打印方式为喷墨、点胶、3D打印中的一种。
优选地,其中步骤(2)打印电极之后对电极进行干燥,干燥温度为60-300℃,时间0.5-5h。步骤(4)中的干燥温度为80-200℃,时间0.3-5h。
优选地,柔性基底为塑料薄膜,柔性玻璃、柔性陶瓷中的一种。塑料薄膜为PET、PEN、PI、PD、PVA中的一种。
优选地,全打印柔性温度传感器可用于热电阻、热电偶、光纤温度传感器。
优选地,步骤(3)中的打印方式为点胶。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
本发明中电极和温敏功能薄膜制备均采用打印的方式制备,可以实现柔性、快速、轻质以及灵敏度高的全打印温度传感器。
全打印柔性温度传感器,包括柔性基底,附着于柔性基底上的电极,以及电极之间敏感功能薄膜,制备得到的传感器结构简单,而以柔性材料为基底,有效的减小制作传感器的体积和工艺复杂性。此外,本发明制作工艺简单,灵敏度较高,成本低,容易实现图形化,可以应用于多个复杂的领域。
附图说明
图1为全打印柔性温度传感器的结构示意图
其中1为柔性基底,2为电极,3为温敏功能薄膜
图2为全打印柔性温度传感器的电化学特性曲线
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式详细介绍本发明的内容。如图1-2为所制备的全打印柔性温度传感器结构及性能图。
本发明提出的一种全打印柔性温度传感器,其结构如图1所示,包括柔性基底1,平行电极2,温敏功能薄膜3,其中电极附着于柔性基底。
其制备方法为:通过在柔性基底打印制备电极,然后通过打印方式制备温敏功能薄膜,干燥后得到柔性温度传感器。其中电极优选为银电极,墨水为PEDOT:PSS。通过不同温度下的温度-阻抗曲线,测试其温敏特性,显示随着温度的变化电阻呈现明显的线性相关,根据优化曲线计算得到的温度传感器灵敏性为-0.37%/℃。
实施例1
一种柔性温度传感器的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)温敏材料墨水的配置:称取0.03g的PEDOT:PSS粉末放置于10ml的玻璃瓶中。通过移液枪量取2.97g的去离子水,缓慢加入上述玻璃瓶中充分搅拌2小时,制备1%浓度的PEDOT:PSS墨水;
(2)银电极的制备:以PET膜为基体,喷墨打印商用的Ag墨水制备得到平行电极,120℃干燥1h后得到银电极材料;
(3)温敏材料膜的制备:将步骤1中制备得到的PEDOT:PSS墨水通过点胶的方式均匀分散在平行银电极中间,采用装备点胶管的点胶机设备进行打印,具体的打印参数为,点胶针头距基板高度为300μm,点胶速度为1.5mm/s,后120℃干燥1h制备得到柔性温度传感器;
(4)将制备好的柔性超级电容器置于温度可调的高低温箱,将两电极分别引出并连接到万用表中,通过不同温度下的阻抗变化标定其温度-阻抗曲线测试其温敏特性。
对实施例1配置的温敏墨水及其制备的温敏薄膜具体参数表征,其结果如表1所示。
对于实施例1中制备的全打印柔性温度传感器测试器件温度-阻抗曲线,测试温度范围为室温到70℃,温度-阻抗曲线参见图2;随着温度的变化电阻呈现明显的线性相关。根据优化曲线计算得到的温度传感器灵敏性为~-0.37%/℃。
实施例2
一种柔性温度传感器的制备方法,所述方法包括如下步骤:
(1)温敏材料墨水的配置:称取0.06g的PEDOT:PSS粉末放置于10ml的玻璃瓶中。通过移液枪量取5.94g的去离子水,缓慢加入上述玻璃瓶中充分搅拌2小时,制备1%浓度的PEDOT:PSS墨水;
(2)银电极的制备:以PI膜为基体,喷墨打印商用的Ag墨水制备得到平行电极,110℃干燥2h后得到银电极材料;
(3)温敏材料膜的制备:将步骤1中制备得到的PEDOT:PSS墨水通过喷墨打印方式在平行银电极中间制备温敏膜,130℃干燥0.5h制备得到柔性的温度传感器;
(4)将制备好的柔性超级电容器置于温度可调的高低温箱,将两电极分别引出并连接到万用表中,通过不同温度下的阻抗变化标定其温度-阻抗曲线测试其温敏特性。
本文中的具体实施方式仅是本发明的几个比较典型实施例,但是这样的描述并不用来以任何方式限定本发明,凡是本权利要求所保护的半导体柔性光敏器件及制备方法范畴内均属于本发明范畴。
本发明制备得到的全打印柔性传感器,其中电极和敏感功能薄膜制备均采用打印的方式制备,可以实现柔性、快速、轻质以及灵敏度高的全打印传感器。制备得到的传感器结构简单,工艺简单,灵敏度较高,成本低,容易实现图形化,可以应用于多个复杂的领域。
表1温敏墨水及温敏薄膜参数

Claims (12)

1.一种全打印柔性温度传感器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)配制墨水;
(2)打印电极,通过打印的方式在柔性基底制备得到电极;
(3)将步骤(1)中配制得到的墨水通过打印的方式在电极中间制备得到温敏功能薄膜;
(4)干燥后制备得到柔性温度传感器。
2.如权利要求1所述的方法,其中墨水为PEDOT:PSS墨水、聚(N-异丙基丙烯酰胺)PNIPAAm墨水、聚乙烯吡咯烷酮PVP墨水。
3.如权利要求1所述的方法,其中电极为银电极、铂电极、铜电极、金电极中的一种。
4.如权利要求1所述的方法,其中电极为双电极、三电极中的一种,其排布方式为平行排列。
5.如权利要求1所述的方法,其中打印为喷墨、点胶、3D打印中的一种。
6.如权利要求2所述的方法,其中配制墨水为PEDOT:PSS,配制具体过程为:称取PEDOT:PSS粉末放置于玻璃瓶中,量取去离子水,缓慢加入上述玻璃瓶中充分搅拌,制备1%浓度的PEDOT:PSS墨水。
7.如权利要求1所述的方法,其中步骤(2)打印电极之后对电极进行干燥,干燥温度为60-300℃,时间0.5-5h。
8.如权利要求1所述的方法,步骤(4)中的干燥温度为80-200℃,时间0.3-5h。
9.如权利要求1所述的方法,柔性基底为塑料薄膜,柔性玻璃、柔性陶瓷中的一种。
10.如权利要求9所述的方法,塑料薄膜为PET、PEN、PI、PD、PVA中的一种。
11.一种全打印柔性温度传感器,其特征在于采用如权利要求1-10中的方法制备得到。
12.一种如权利要求11所述全打印柔性温度传感器的用途,其用于热电阻、热电偶、光纤温度传感器。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493339A (zh) * 2017-10-30 2018-09-04 上海幂方电子科技有限公司 紫外线传感器及其制备方法
CN109211428A (zh) * 2018-08-21 2019-01-15 北京印刷学院 温度传感器及制备方法
CN110143564A (zh) * 2019-04-02 2019-08-20 上海交通大学 温度传感器、电极与温度敏感膜的连接结构及制备方法
CN110361105A (zh) * 2019-06-20 2019-10-22 浙江理工大学 一种宽温度范围电阻与温度线性相关的柔性薄膜传感器
CN110806429A (zh) * 2019-08-08 2020-02-18 杭州市富阳区浙工大银湖创新创业研究院 一种弯折状态下具有电阻补偿功能的电阻式柔性气体传感器及其制备方法
WO2020155193A1 (zh) * 2019-02-02 2020-08-06 五邑大学 一种新型的触觉传感器
CN113960028A (zh) * 2021-10-28 2022-01-21 浙江大学 基于柔性金属有机框架混合基质膜的嗅觉可视化传感器及其制备和应用
CN114623947A (zh) * 2022-03-24 2022-06-14 广东粤港澳大湾区协同创新研究院 一种柔性温度传感器及其制备方法
WO2022189247A1 (de) * 2021-03-08 2022-09-15 Innome Gmbh Foliensensor zur temperaturmessung und verfahren zur herstellung desselben

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1213156A (zh) * 1997-07-11 1999-04-07 莱克斯马克国际公司 柔性电路及其制备方法
CN103204003A (zh) * 2013-03-27 2013-07-17 清华大学 电路直接印制系统及其方法
CN103700784A (zh) * 2013-10-22 2014-04-02 未名光电盐城有限公司 一种图形化电极的制备方法
CN104411122A (zh) * 2014-05-31 2015-03-11 福州大学 一种多层柔性电路板的3d打印方法
CN104735917A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 中国科学院化学研究所 一种柱状嵌入式柔性电路的制备方法及应用
CN105588856A (zh) * 2014-10-19 2016-05-18 吴振武 柔性印刷粪尿传感器
CN105585676A (zh) * 2014-10-21 2016-05-18 中国科学院兰州化学物理研究所 一种激光打印挠性电子器件的方法
CN105606331A (zh) * 2015-12-18 2016-05-25 中国航天空气动力技术研究院 一种具有柔性基底的薄膜铂电阻热流传感器及其制作方法
CN106932119A (zh) * 2017-03-24 2017-07-07 东华大学 一种印刷式织物基柔性温度传感器
CN107022823A (zh) * 2017-03-24 2017-08-08 东华大学 一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1213156A (zh) * 1997-07-11 1999-04-07 莱克斯马克国际公司 柔性电路及其制备方法
CN103204003A (zh) * 2013-03-27 2013-07-17 清华大学 电路直接印制系统及其方法
CN103700784A (zh) * 2013-10-22 2014-04-02 未名光电盐城有限公司 一种图形化电极的制备方法
CN104411122A (zh) * 2014-05-31 2015-03-11 福州大学 一种多层柔性电路板的3d打印方法
CN105588856A (zh) * 2014-10-19 2016-05-18 吴振武 柔性印刷粪尿传感器
CN105585676A (zh) * 2014-10-21 2016-05-18 中国科学院兰州化学物理研究所 一种激光打印挠性电子器件的方法
CN104735917A (zh) * 2015-03-30 2015-06-24 中国科学院化学研究所 一种柱状嵌入式柔性电路的制备方法及应用
CN105606331A (zh) * 2015-12-18 2016-05-25 中国航天空气动力技术研究院 一种具有柔性基底的薄膜铂电阻热流传感器及其制作方法
CN106932119A (zh) * 2017-03-24 2017-07-07 东华大学 一种印刷式织物基柔性温度传感器
CN107022823A (zh) * 2017-03-24 2017-08-08 东华大学 一种集成温敏纤维的机织结构柔性温度传感器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐骁雯: ""基于喷墨打印技术的柔性温度传感器阵列"", 《齐齐哈尔大学学报(自然科学版)》 *
李劲等: ""柔性印刷电子喷墨技术全面解析"", 《印艺空间》 *
胡雪花等: ""稀释溶剂对PEDOT:PSS薄膜和有机太阳能电池性能的影响"", 《发光学报》 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108493339A (zh) * 2017-10-30 2018-09-04 上海幂方电子科技有限公司 紫外线传感器及其制备方法
CN109211428A (zh) * 2018-08-21 2019-01-15 北京印刷学院 温度传感器及制备方法
WO2020155193A1 (zh) * 2019-02-02 2020-08-06 五邑大学 一种新型的触觉传感器
US11313743B2 (en) 2019-02-02 2022-04-26 Wuyi University Tactile sensor
CN110143564A (zh) * 2019-04-02 2019-08-20 上海交通大学 温度传感器、电极与温度敏感膜的连接结构及制备方法
CN110361105A (zh) * 2019-06-20 2019-10-22 浙江理工大学 一种宽温度范围电阻与温度线性相关的柔性薄膜传感器
CN110361105B (zh) * 2019-06-20 2021-12-31 浙江理工大学 一种宽温度范围电阻与温度线性相关的柔性薄膜传感器
CN110806429A (zh) * 2019-08-08 2020-02-18 杭州市富阳区浙工大银湖创新创业研究院 一种弯折状态下具有电阻补偿功能的电阻式柔性气体传感器及其制备方法
WO2022189247A1 (de) * 2021-03-08 2022-09-15 Innome Gmbh Foliensensor zur temperaturmessung und verfahren zur herstellung desselben
CN113960028A (zh) * 2021-10-28 2022-01-21 浙江大学 基于柔性金属有机框架混合基质膜的嗅觉可视化传感器及其制备和应用
CN114623947A (zh) * 2022-03-24 2022-06-14 广东粤港澳大湾区协同创新研究院 一种柔性温度传感器及其制备方法
CN114623947B (zh) * 2022-03-24 2023-10-27 广东粤港澳大湾区协同创新研究院 一种柔性温度传感器及其制备方法

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