CN109405991A - 一种柔性温度传感器及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性温度传感器及其制备工艺，所述传感器包括：位于传感器最顶层和最底层的柔性基底材料；位于底层基底材料之上的静电网；位于静电网之上的绝缘材料；位于绝缘材料之上的叉指电极；位于所述电极之上，并与电极紧密接触的纳米温度敏感材料；位于纳米温敏材料之上，并与之紧密接触的绝缘层材料；位于绝缘层材料之上的静电网材料；位于静电网之上的绝缘材料。本发明通过自组装技术在柔性基底上制备柔性温度传感器，可以适用于不规则形状物体的温度监测，本发明提出的柔性温度传感器具有柔性好，抗干扰能力强，成本低等突出优点。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种采用自组装技术来实现的柔性温度传感器及其制备工艺。
背景技术
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。例如热电阻、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。但是这些温度传感器普遍尺寸较大，对于小型物体的温度监测，很难进行安装布置；而且上述温度传感器是由非柔性材料制备，硬度较大，无法应用于三维物品的表面、用来测量三维物体的表面温度及分布情况。
并且，上述传感器具有使用寿命有限以及结构较复杂等缺陷，因此需要开发一种结构简单、可靠耐用、成本低、重量轻、灵敏度高以及测量范围可调的柔性温度传感器。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的温度传感器较难测量特定表面的区域温度及防静电较弱，特定情景下温度检测精度较低等缺陷，提供一种全柔性、成本低、重量轻、灵敏度高的柔性温度传感器。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种柔性温度传感器，其特征在于，包括：位于传感器最顶层和最底层的柔性基底材料；位于底层基底材料之上的静电网；位于静电网之上的下绝缘材料；位于下绝缘材料之上的叉指电极；位于所述电极之上，并与电极紧密接触的纳米温度敏感材料；位于纳米温敏材料之上，并与之紧密接触的上绝缘层材料；位于上绝缘层材料之上的静电网材料。
进一步地说，所述柔性基板材料从天然橡胶、聚氨酯、硅橡胶、氟橡胶以及苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯或聚异丁烯聚合物中选择。
进一步地说，所述纳米温度敏感材料为硅胶及聚吡咯的混合材料，其配比方案根据传感器量程及精度要求来制定。
进一步地说，所述结构靠近上下衬底材料层时覆盖有一层静电网，用于屏蔽高压电场的干扰。
进一步地说，所述电极及温敏材料的图形均采用3D打印方法直接或间接实现。
本发明还提供一种所述的柔性温度传感器的制备方法，其制备工艺包括：
(1)在上下柔性基底材料的表面制备静电网层；
(2)在两层静电网之间制备绝缘层，并在下绝缘层至上制备叉指电极层；
(3)在叉指电极层与上绝缘层之间制备温度敏感材料层。
(三)有益效果
本发明与现有技术相比有以下优点：
1、本发明柔性温度传感器的所有制作材料包括基底材料、电极材料、温度敏感材料，以及绝缘材料均为柔性材料，满足传感器的全柔性要求；
2、本发明的传感器量程及灵敏度可以由温度敏感材料中所含有填料的组分比例及自组装过程的控制实现，调节范围广。
附图说明
图1是本发明传感器第一实施例的结构示意图；
图2是本发明第一实施例传感器制备工艺的流程图；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1，示出了柔性温度传感器单元第一实施例的结构示意图，包括：
柔性基底1：位于传感器最顶层和最底层的柔性基底材料；用于整个柔性传感器元件的承载；所述柔性基板为天然橡胶、聚氨酯、硅橡胶、氟橡胶以及苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯或聚异丁烯聚合物等材料；
静电网层2：位于底层基底材料之上的静电网层，用于隔离外部电场干扰；
下绝缘层3：位于静电网层至上的下绝缘层，用于隔离静电网层与电极材料层。
电极4：位于下绝缘材料之上的叉指电极；用于将温敏电阻引出，从而测试其电阻值变化；
温敏单元5：位于所述电极之上，并与电极紧密接触的纳米温度敏感材料；所述纳米温度敏感材料为硅胶及聚吡咯的混合材料，其配比方案根据传感器量程及精度要求来制定，其形状及位置分布可以根据待测物体的测量要求定制。
上绝缘层6：位于温度敏感材料之上的上绝缘层，用于绝缘隔离，隔离温敏单元与上静电网层之间的互相影响，也避免了短路情况的发生。
上静电网层7：位于上绝缘层之上，并与之紧密接触的上静电网层，同下静电网层一起，隔离外界电场的干扰；
上衬底材料8，用于保护传感器。
参照图2，示出了本发明第一实施例传感器制备工艺的流程，具体包括：
步骤S101：在上下柔性基材的表面印刷静电网层；
步骤S102：在上下静电网层之间印制上下绝缘层；其厚度视传感器的可弯曲程度要求而定；
步骤S103：在下绝缘层基础上，印刷叉指电极材料，叉指电极的厚度即宽度等参数根据测温范围选定；
步骤S104：在叉指电极之上通过自组装的方式沉积一层或多层的硅胶与聚吡咯混合材料，沉积时间和沉积层数是传感器性能的决定性因素，直接影响传感器的灵敏度和量程等关键参数；
步骤S105：将上下两层衬底压印到一起，形成完整的温度传感器结构。
对于前述的各方法实施例，为了描述简单，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或同时执行；其次，本领域技术人员也应该知悉，上述方法实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
对本发明公开的一种基于纳米印制技术的柔性温度传感器及其制备工艺，文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种柔性温度传感器，其特征在于，包括：
位于传感器最顶层和最底层的柔性基底材料；
位于最底层基底材料之上的下静电网材料；
位于下静电网材料之上的下绝缘材料；
位于下绝缘材料之上的叉指电极；
位于所述叉指电极之上，并与之紧密接触的纳米温度敏感材料；
位于纳米温敏材料之上，并与之紧密接触的上绝缘材料；
位于上绝缘材料之上的上静电网材料。
2.根据权利要求1所述的柔性温度传感器，其特征在于，所述柔性基板材料从天然橡胶、聚氨酯、硅橡胶、氟橡胶以及苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯或聚异丁烯聚合物中选择。
3.根据权利要求1所述的柔性温度传感器，其特征在于，所述纳米温度敏感材料为硅胶及聚吡咯的混合材料，其配比方案根据传感器量程及精度要求来制定，并通过自组装的形式实现。
4.根据权利要求1所述的柔性温度传感器，其特征在于，所述结构靠近上下衬底材料层时覆盖有一层静电网，用于屏蔽高压电场的干扰。
5.根据权利要求1所述的柔性温度传感器，其特征在于，所述电极及温敏材料的图形均采用3D打印方法直接或间接实现。
6.根据权利要求1所述的柔性温度传感器，其制备工艺包括：
(1)在上下柔性基底材料的表面制备静电网层；
(2)在两层静电网之间制备绝缘层，并在下绝缘层至上制备叉指电极层；
(3)在叉指电极层与上绝缘层之间制备温度敏感材料层。
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| CN201710711050.4A CN109405991A (zh) | 2017-08-18 | 2017-08-18 | 一种柔性温度传感器及其制备工艺 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112643049A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-04-13 | 中国科学院力学研究所 | 一种热电偶瞬态热流传感器的3d打印制作方法及装置 |
| CN113189150A (zh) * | 2021-04-15 | 2021-07-30 | 上海工程技术大学 | 一种基于高分子聚合物的柔性湿度传感器及其制备方法 |
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2017
- 2017-08-18 CN CN201710711050.4A patent/CN109405991A/zh active Pending
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190301 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |