CN110068397B - 一种柔性体温传感器及其制备方法 - Google Patents

一种柔性体温传感器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110068397B
CN110068397B CN201910357397.2A CN201910357397A CN110068397B CN 110068397 B CN110068397 B CN 110068397B CN 201910357397 A CN201910357397 A CN 201910357397A CN 110068397 B CN110068397 B CN 110068397B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pedot
pss
flexible
electrode
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910357397.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110068397A (zh
Inventor
宋伟杰
杨鹏宇
吕大伍
沈文锋
杨晔
谭瑞琴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority to CN201910357397.2A priority Critical patent/CN110068397B/zh
Publication of CN110068397A publication Critical patent/CN110068397A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110068397B publication Critical patent/CN110068397B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本发明公开了一种柔性体温传感器及其制备方法。该传感器包括柔性基底，位于柔性基底上的电极，位于电极上的敏感层，以及用于封装敏感层的封装层，敏感层是石墨烯与聚(3,4‑乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐的复合材料。该传感器具有良好的柔韧性，可贴合在待测体肌肤，并且其电阻对温度具有良好的响应特性，尤其在25℃～45℃之间电阻随温度可呈线性响应，因此对体温探测具有高灵敏性。

Description

一种柔性体温传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米技术与传感器技术领域，特别涉及一种柔性体温传感器及其制备方法。
背景技术
人体体温与人体生理系统中的新陈代谢反应密切相关，是判定人体健康和疾病的重要指标，是决定治疗的基础。因此，对人体体温的准确检测具有重要的价值。
在传统的医疗诊断中，使用医用红外热像仪或水银温度计测量体温。医用红外热像仪具有高精度和高分辨率，但是成本高、不便携。水银温度计容易被破坏，存在内部的有毒汞易发生泄漏，污染环境的问题。因此，开发灵敏度高、无毒、重量轻、可自然贴合在皮肤表面并具有高分辨率等优点的温度传感器是科技工作者的研究课题之一。
截止目前，人们在柔性温度传感器方面做了许多努力，虽然已经取得较大进展，但是用于测量人体体温的温度传感器仍然存在一些不足：没有适用于人体体温测量的合适的温度敏感范围和足够高的分辨率，不易与人体皮肤贴合，结构较复杂、不便携，材料性能不稳定等。
发明内容
针对上述技术现状，本发明提供一种柔性体温传感器，具有良好的柔韧性，可贴合人体皮肤，并且在25℃～45℃之间其电阻随温度呈线性响应特性。
本发明所采用的技术方案是：一种柔性体温传感器，包括柔性基底，位于柔性基底上的电极，位于电极上的敏感层，以及用于封装敏感层的封装层；
所述敏感层是石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料，作为优选，石墨烯与PEDOT:PSS的质量比为1:100-10:100。
所述柔性基底具有柔韧性，可发生拉伸、弯曲等形变。所述的柔性基底材料不限，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等中的一种或者几种。
所述电极具有良好的导电性，其材料不限，包括银、铜等金属材料。作为优选，所述电极具有柔韧性。
所述封装层具有柔韧性，可发生拉伸、弯曲等形变。所述封装层材料不限，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等中的一种或者几种。
本发明还提供一种上述体温传感器的制备方法，包括如下步骤：
(1)在柔性基底上制备电极；
(2)在电极表面制备敏感层；
(3)对敏感层进行封装。
所述的步骤(1)中，在柔性基底上制备电极的方法不限，包括丝网印刷、喷墨打印、沉积等。
所述的步骤(2)中，在电极表面制备敏感层的方法不限，作为一种实现方式，将PEDOT:PSS溶液通过滴涂、喷涂、涂覆、印刷等方法沉积在电极上，固化得到PEDOT:PSS层；然后，将石墨烯溶液通过滴涂、喷涂、涂覆、印刷等方法沉积在PEDOT:PSS层上，固化得到石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层。作为优选，PEDOT:PSS溶液的质量体积浓度为1～20g/L，石墨烯溶液的质量体积浓度为0.1～5g/L。
所述的步骤(3)中，封装方法不限，包括将封装层材料溶液印刷、涂覆、喷墨打印，然后固化等方法。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1)本发明的温度传感器具有良好的柔韧性，其中基底、敏感层均为柔性材料，电极、封装层可选用柔性材料，因此能够实现全柔性温度传感器，与待测体的肌肤具有良好的贴合性。
(2)本发明的温度传感器采用石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料作为温度敏感层，电阻对温度具有良好的响应特性，尤其在25℃～45℃之间其电阻随温度可呈线性响应，因此对人体等的体温探测具有高灵敏性。另外，通过调节该复合材料中石墨烯与PEDOT:PSS的组份比例，可调节该柔性温度传感器的量程及灵敏度。
(3)本发明的温度传感器结构简单、可靠耐用、成本低、重量轻且无毒，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例1中的柔性温度传感器的结构示意图。
图2是本发明实施例1中的柔性温度传感器的电阻随温度变化的曲线。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
图1中的附图标记为：1-柔性基底，2-电极，3-敏感层，4-封装层。
实施例1：
柔性温度传感器的结构如图1所示，电极2位于柔性基底1上，敏感层3位于电极2上，封装层4用于封装敏感层3。
柔性基底1是聚酰亚胺薄膜。电极2是银叉指电极。敏感层3的材料是石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料，其中，石墨烯与PEDOT:PSS的质量比为1：100。封装层4的材料是聚二甲基硅氧烷。
上述柔性温度传感器的制备方法包括以下步骤：
(1)聚酰亚胺薄膜作为柔性基底，先后采用乙醇和丙酮对该柔性基底进行超声清洗15分钟，超声清洗之后，在恒温电鼓风干燥箱内以100℃干燥10分钟；
(2)在柔性基底上利用模版丝网印刷导电银浆，之后在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理10分钟，在柔性基底上制得银叉指电极；
(3)配制体积浓度为10g/L的PEDOT:PSS水溶液20ml，超声震荡30分钟，记作溶液A；配制体积浓度为0.1g/L的石墨烯乙醇溶液10ml，超声震荡30分钟，记作溶液B；
将溶液A滴涂至银叉指电极上，每次滴2μl，滴3次，在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理30分钟，得到位于银叉指电极上的PEDOT:PSS层；
将溶液B滴涂至PEDOT:PSS层上，每次滴2μl，滴3次，在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理30分钟，得到位于银叉指电极上的石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层；
(4)配制聚二甲基硅氧烷与固化剂以质量比为10：1组成的混合溶液，将该混合溶液滴至步骤(3)处理后的银叉指电极上，放置50分钟，实现对石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层的封装。
上述制得的柔性温度传感器具有良好的柔韧性，可良好地贴合人体皮肤。
上述制得的柔性温度传感器暴露于不同温度下的电阻响应曲线如图2所示，从图2可知，该柔性温度传感器的电阻对温度响应敏感，尤其是在25℃～45℃之间其电阻随温度呈线性响应。
实施例2：
柔性温度传感器的结构如图1所示，电极2位于柔性基底1上，敏感层3位于电极2上，封装层4用于封装敏感层3。
柔性基底1是聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。电极2是银叉指电极。敏感层3的材料是石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料，其中，石墨烯与PEDOT:PSS的质量比为1：10。封装层4的材料是聚酰亚胺。
上述柔性温度传感器的制备方法包括以下步骤：
(1)聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜作为柔性基底，先后采用乙醇和丙酮对该柔性基底进行超声清洗30分钟，超声清洗之后，在恒温电鼓风干燥箱内以80℃干燥20分钟；
(2)在柔性基底上喷墨打印导电银墨水，之后在恒温电鼓风干燥箱内120℃热处理20分钟，在柔性基底上制得银叉指电极；
(3)配制体积浓度为20g/L的PEDOT:PSS水溶液30ml，超声震荡30分钟，记作溶液A；配制体积浓度为2g/L的Graphene乙醇溶液2ml，超声震荡40分钟，记作溶液B；
将溶液A喷墨打印至银叉指电极上，喷墨打印5次，之后在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理30分钟，得到位于银叉指电极上的PEDOT:PSS层；
将溶液B喷墨打印至PEDOT:PSS层上，喷墨打印5次，之后在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理30分钟，得到位于银叉指电极上的石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层；
(4)将0.4g的聚酰亚胺颗粒溶解于10ml的二甲基乙酰胺溶液中，再将该聚溶液滴至步骤(3)处理后的银叉指电极上，每次滴2μl，滴3次；最后，150℃干燥30分钟，实现对石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层的封装。
上述制得的柔性温度传感器具有良好的柔韧性，可良好地贴合人体皮肤。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种柔性体温传感器的量程及灵敏度的调控方法，其特征是：所述柔性体温传感器由柔性基底，位于柔性基底上的柔性电极，位于电极上的敏感层，以及用于封装敏感层的柔性封装层组成；
所述的敏感层是石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料；
通过调节所述复合材料中石墨烯与PEDOT:PSS的组份比例调节所述柔性温度传感器的量程及灵敏度；
所述复合材料中，石墨烯与PEDOT:PSS的质量比为1:100-10:100，在25℃～45℃之间所述柔性体温传感器的电阻随温度呈线性响应；
所述柔性体温传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)在柔性基底上制备电极；
(2)在电极表面制备敏感层；
(3)对敏感层进行封装；
所述的步骤(2)中，在电极表面制备敏感层的方法如下：
将PEDOT:PSS溶液滴涂、喷涂、涂覆或者印刷在电极上，固化得到PEDOT:PSS层；然后，将石墨烯溶液滴涂、喷涂、涂覆或者印刷在PEDOT:PSS层上，固化得到石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层；
PEDOT:PSS溶液的质量体积浓度为1～20g/L；
石墨烯溶液的质量体积浓度为0.1～5g/L。
2.如权利要求1所述的调控方法，其特征是：所述的柔性基底材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯中的一种或者几种。
3.如权利要求1所述的调控方法，其特征是：所述的封装层材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯中的一种或者几种。
4.如权利要求1所述的调控方法，其特征是：所述的步骤(1)中，在柔性基底上制备电极的方法包括丝网印刷、喷墨打印、沉积中的一种或者几种。
5.如权利要求1所述的调控方法，其特征是：所述的步骤(3)中，封装方法包括将封装层材料溶液印刷、涂覆、喷墨打印，然后固化。
CN201910357397.2A 2019-04-29 2019-04-29 一种柔性体温传感器及其制备方法 Active CN110068397B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910357397.2A CN110068397B (zh) 2019-04-29 2019-04-29 一种柔性体温传感器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910357397.2A CN110068397B (zh) 2019-04-29 2019-04-29 一种柔性体温传感器及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110068397A CN110068397A (zh) 2019-07-30
CN110068397B true CN110068397B (zh) 2021-06-25

Family

ID=67369621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910357397.2A Active CN110068397B (zh) 2019-04-29 2019-04-29 一种柔性体温传感器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110068397B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110702248B (zh) * 2019-09-17 2020-12-18 江苏大学 一种基于石墨烯材料的热电传感器及其制备方法
CN112013984A (zh) * 2020-09-09 2020-12-01 哈尔滨理工大学 一种可穿戴式柔性温度传感器及其制备方法
CN113205900B (zh) * 2021-04-13 2022-07-15 北京科技大学 对应变和温度双重不敏感的柔性导电复合材料的制备方法
CN113108935B (zh) * 2021-05-08 2022-09-06 中国科学院深圳先进技术研究院 一种柔性温度传感器、制备方法及其应用
CN113280938A (zh) * 2021-05-27 2021-08-20 重庆医科大学 一种柔性温度传感器及其制备方法
CN113390525B (zh) * 2021-05-31 2024-04-02 中国科学院深圳先进技术研究院 一种柔性温度传感器阵列及其制备方法
CN117053937B (zh) * 2023-10-12 2023-12-26 柔微智能科技(苏州)有限公司 温度传感器及其制备方法、以及集成该温度传感器的电池

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102299306B (zh) * 2011-07-15 2015-01-21 中国科学院广州能源研究所 聚(3,4-乙撑二氧噻吩)包覆及其为碳源的纳米硅复合锂离子电池负极材料及其制备方法
CN104934146A (zh) * 2015-06-26 2015-09-23 深圳市华星光电技术有限公司 石墨烯/pedot:pss混合溶液的制备方法及基板的制备方法
US20180263539A1 (en) * 2015-09-28 2018-09-20 The Regents Of The University Of California Wearable sensor arrays for in-situ body fluid analysis
CN108896199B (zh) * 2018-08-21 2020-06-23 厦门大学 一种可拉伸的纱线传感器及其制备方法
CN109470752B (zh) * 2018-09-14 2020-10-20 宁波大学 一种pedot:pss基柔性氨气传感器的制备方法
CN109632140A (zh) * 2018-12-26 2019-04-16 天津大学 一种温度传感器及温度检测装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110068397A (zh) 2019-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110068397B (zh) 一种柔性体温传感器及其制备方法
Masihi et al. A novel printed fabric based porous capacitive pressure sensor for flexible electronic applications
Wang et al. Wearable sweatband sensor platform based on gold nanodendrite array as efficient solid contact of ion-selective electrode
CN111118889B (zh) 一种多功能柔性传感纤维膜及其制备方法和应用
Yousaf et al. Highly sensitive wide range linear integrated temperature compensated humidity sensors fabricated using Electrohydrodynamic printing and electrospray deposition
CN100523799C (zh) 聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件及其制作方法
Liu et al. Flexible temperature sensors
CN106716152A (zh) 薄膜型基于电阻的传感器
BRPI0816607A2 (pt) elemento de detecção para detectar um analito químico orgânico, sensor e método para detectar um analito químico orgânico
Shan et al. Flexibility characteristics of a polyethylene terephthalate chemiresistor coated with a nanoparticle thin film assembly
CN109613069A (zh) 一种pvdf/pani复合柔性氨气传感器及其制备方法
Yang et al. Multifunctional and miniaturized flexible sensor patch: Design and application for in situ monitoring of epoxy polymerization
CN108414584A (zh) 一种柔性、可穿戴湿敏传感器的制备方法及其在呼吸检测中的应用
Ma et al. Screen-printed carbon black/recycled Sericin@ Fabrics for wearable sensors to monitor sweat loss
US20240049483A1 (en) Pressure sensor device with organic electrochemical transistors
Noushin et al. Kirigami-patterned highly stable and strain insensitive sweat pH and temperature sensors for long-term wearable applications
TWI672487B (zh) 氣體檢測晶片及其製作方法
CN113514176A (zh) 一种基于3d打印的低温可拉伸柔性应力传感器及制备方法
Ait-Mammar et al. All-Inkjet-Printed humidity sensors for the detection of relative humidity in air and soil—towards the direct fabrication on plant leaves
Seesaard et al. A novel creation of thread-based ammonia gas sensors for wearable wireless security system
CN116295893A (zh) 一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器、制备方法及其应用
Su et al. Flexibility and electrical and humidity-sensing properties of N-substituted pyrrole derivatives and composite films of Au nanoparticles/N-substituted pyrrole derivatives
CN108680190B (zh) 利用溶菌酶焊接的自支撑银薄膜制备的柔性电子传感器及制备方法
Yang et al. Inexpensive, Versatile, and Robust USB-Driven Sensor Platform
Yao et al. A flexible piezoresistive pressure sensor comprising a microstructure printed with poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) copolymers@ graphene hybrid ink

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant