CN110196111A - 一种含离子液体的柔性温度传感器的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，包括如下步骤：将油墨的颜料超声分散于水中；配制聚合物溶液并超声分散；将稳定分散的油墨逐滴加入聚合物溶液中，形成聚合物包裹的稳定的油墨溶液；将溶液进行离心处理，加入油墨溶剂，调节黏度并搅拌均匀；加入导电性的温敏物质离子液体并超声分散；将油墨封装于水性笔芯中，在基底上书写，或将油墨加入喷枪中，在基底上喷涂，自然晾干后两端接导电铜胶带得到含离子液体的柔性温度传感器。本发明涉具有高稳定性，封装于笔芯中便于携带，可书写于各种柔性或刚性基底，并且此种制备传感器的方式，成本低、盈利高、方便快捷，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种含离子液体的柔性温度传感器的制备方法

技术领域

本发明涉及一种温度传感器的制备方法，特别涉及一种含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，属于温度传感、柔性电子器件技术领域。

背景技术

随着智能化社会的建设，柔性便携式传感器成为科技发展的重要组成部分，这种柔性传感器件已经广泛应用到电子显示屏，仿生机器人，健康监测等各个领域。以更低的成本和更低的能耗提高设备的灵敏度、稳定性和易加工性成为研究的主流方向。以纸张为基底的电子产品近年来迅速发展。纸张是一种廉价的，并可书写和印刷的媒介，在信息显示和包装方面的作用不可低估。最近，纸张成为制备柔性电子电路的新型媒介。目前，基于碳材料，半导体材料，对环境敏感的聚合物化合物纸芯片已被广泛用于商业实时检测和原位分析疾病，水质或有毒气体。此外，各种技术，如印刷，光刻和旋涂等都用于功能性纸芯片的生产，这种方法大大降低了成本，简化了制造柔性传感器的过程。

基于这些制造柔性传感器的方法，特殊的导电油墨便是决定传感器灵敏度，稳定性等各项性能的关键。用于书写的油墨组成可以通过添加聚合物，温敏物质和溶剂等各种不同的物质来调节油墨的性质。导电油墨就是一种特殊的温敏油墨，它通过加入具有导电性和高的温度敏感性的离子液体，使油墨具有导电性和温度响应性。

温度传感器是用于将温度信号转换成其他信号，从而测量温度的传感器。在航空航天、汽车、医疗等各个领域无不具有重要的意义。用本论述中的导电油墨及书写于A₄纸的方法制得的温度传感器可以实现快速响应和精确稳定的测量等，为未来电子信息科技发展提供了更多可能。

发明内容

本发明提供了一种快速响应、精确测量的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法。、

本发明是这样实现的：

一种含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：将油墨的颜料超声分散于水中；

步骤二：配制聚合物溶液并超声分散；

步骤三：将稳定分散的油墨逐滴加入聚合物溶液中，形成聚合物包裹的稳定的油墨溶液；

步骤四：将溶液进行离心处理，加入油墨溶剂，调节黏度并搅拌均匀；

步骤五：加入导电性的温敏物质离子液体并超声分散；

步骤六：将油墨封装于水性笔芯中，在基底上书写，或将油墨加入喷枪中，在基底上喷涂，自然晾干后两端接导电铜胶带得到含离子液体的柔性温度传感器。

本发明还包括其他的一些特征：

1、所述油墨的颜料为Ti₃C₂纳米片层；所述聚合物溶液为聚乙烯亚胺溶液；所述油墨溶剂为2-甲基-1,3丙二醇；所述离子液体为1-癸基-3甲基咪唑溴盐；

2、所述油墨的加入量为1份；将聚乙烯亚胺配置成10％wt的水溶液且为34.7份；所述油墨溶剂加入量为25.7份；所述离子液体加入量为38.6份；

3、所述基底为纸、白色棉布、泡沫或木头；

4、所述离心处理的速率为15000rpm/min，时间为10min；

5、所述超声分散的时间大于30mim。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明涉及的制备的温敏油墨具有高稳定性，封装于笔芯中便于携带，可书写于各种柔性或刚性基底，这种现场制作温度传感器的技术在现场监测方面具有很大的应用前景，并且此种制备传感器的方式，成本低、盈利高、方便快捷，具有广阔的市场应用前景；

2)本发明所制得的温敏油墨中所用颜料为光热转化效率极高的Ti₃C₂纳米片，它既具有表面等离子体效应，又具有很大的表面积，使书写于基底上的油墨具有更好的连续性，能更好的为我们所制得的温度传感器提供热能，也使温度的传输和电流信号的传输更为稳定；

3)本发明制得的温度传感器对温度变化具有极高的响应性，在0.45W·cm^-1激光照射下，芯片温度可以在15s内从室温持续升温至256℃，电流响应变化率达到414％。此外，测量过程非常稳定，可以在很宽的温度范围内承受重复和连续的热传感测量。温度传感器具有很好的循环性能，在经过100次以上的循环实验后，仍具有使用性；

4)本发明所制备的温度传感器配合电压比较器电路后，可用于家用电器的过热警报。

5)本发明制得的温度传感器的具有很好的柔性，可以达到可穿戴柔性传感器的标准。

附图说明

图1是书写过程示意图；

图2是基于[DMIm]⁺[Br]^-离子液体油墨的纸基温度传感器的响应行为。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

实施例1：

实施例1采用书写的方式，书写基底为A4纸，具体如下：

一种含离子液体的高灵敏度可书写式柔性温度传感器的制备方法，其制备步骤如下：

步骤1，将剥离好的Ti₃C₂纳米片超声分散于水中；

步骤2，配制10％wt聚乙烯亚胺聚合物水溶液，超声30min；

步骤3，将稳定分散的Ti₃C₂逐滴加入至10％wt的聚乙烯亚胺聚合物水溶液中，形成聚合物包裹的稳定的油墨溶液，整个过程要超声进行；

步骤4，将溶液进行离心处理，加入油墨溶剂丙二醇，调节黏度，搅拌均匀；

步骤5，加入导电性的温敏物质离子液体1-癸基-3甲基咪唑溴盐，超声分散；

步骤6，将油墨封装于水性笔芯中，在A4纸上书写一定宽度和长度的直线，自然晾干后两端接导电铜胶带即为含离子液体的高灵敏度可书写式柔性温度传感器。

所述含离子液体的高灵敏度可书写式柔性温度传感器的制备配方及操作方法如下：

步骤1中温敏油墨所用的颜料为Ti₃C₂纳米片层。

步骤2中温敏油墨所用的聚合物溶液为聚乙烯亚胺(PEI)溶液。

步骤4中温敏油墨加入的溶剂为2-甲基-1,3丙二醇(MPO)。

步骤5中温敏油墨中加入的离子液体为[DMIm]⁺[Br]^-。

步骤1中优选的，所述颜料的加入量为1份，配置成1mg/mL的水溶液；超声分散30min。

步骤2中优选的油墨中加入的助剂是聚乙烯亚胺水溶液，加入量为34.7份，将其配置成10％wt的水溶液。

步骤3中颜料需缓慢加入聚合物溶液中，边滴加边搅拌，使颜料能更好的被聚合物包裹，有助于后期体系的稳定，整个过程均要进行超声。

步骤3中颜料与聚合物溶液混合均匀所需的超声时间为颜料片层稳定分散于聚合物溶液中，两者为稳定不分层的相。

步骤4中优选的溶剂加入量为25.7份。

步骤4中的离心处理速率为15000rpm/min，时间为10min，离心后需将上清液完全抽离。

步骤5中优选的离子液体加入量为38.6份。

步骤5中超声分散的时间大于30min，体系完全均匀分散。

所述的油墨制备技术中要非常注意电荷的影响，Ti₃C₂纳米片极易因电荷作用发生聚沉，在与聚合物PEI发生电荷包裹之前要避免其接触带电荷的物质，以避免电荷带来危害。

所述的书写式温度传感器在封装时要用1mm粗的水性笔头。

所述的书写式温度传感器在书写时要注意书写速度，保持匀速使油墨均匀流出。

经检测，所得的温度传感器，油墨很好的附着在了A4纸上，在A4纸上以一种连续相存在，具有连贯性；并且所得温度传感器，在靠近热源时，出现了显著的电流增加，当给温度传感器芯片放在热台上加热，电流会逐渐增加，直至出现电流峰值。

实施例1所得的温度传感器，书写使油墨很好的附着在了A4纸上，在A4纸上以一种连续相存在，具有连贯性，从而具有良好的传感性能。

实施例2：

实施例2与实施1不同之处在于书写基底为白色棉布；

实施例2所得的温度传感器，书写使油墨很好的附着在了白色棉布上，在棉布上以一种连续相存在，具有连贯性，从而具有良好的传感性能。

实施例3：

实施例3与实施例1不同之处在于书写基底为泡沫；

实例3所得的温度传感器，书写时粗糙度太大，泡沫板硬度过低。油墨在泡沫板上并不连续，而且在宏观上来看，油墨干的时间相对于A4纸来说需要更多的时间，传感性能也不稳定。

实施例4：

实施例4与实施例1不同之处在于书写基底为木头；

实例4所得的温度传感器，书写时粗糙度太大，油墨在木头板上并不连续，无法进行温度传感。

实施例5:

实施例5与实施例1的不同之处在于采用喷涂的方式，喷涂基底为A4纸；

具体为：步骤6中，将油墨封装于喷枪中，借助光刻模板在A4纸上喷涂出一定宽度和长度的直线，自然晾干后两端接导电铜胶带即为含离子液体的高灵敏度可书写式柔性温度传感器。

所述的喷涂式温度传感器所用喷枪压力为1KPa，喷涂距离为4cm。

所述的喷涂式温度传感器在喷涂时要注意喷涂速度，保持匀速使油墨均匀附着在A4纸上。

所述的喷涂式温度传感器在喷涂时要注意喷涂距离，切勿太近使油墨不能均匀附着在A4纸上。

经检测，所得的温度传感器，油墨很好的附着在了A4纸上，在A4纸上以一种连续相存在，具有连贯性；并且所得温度传感器，在热台上加热，出现了显著的电流增加，当给温度传感器芯片加以光照，电流会逐渐增加，直至出现电流峰值。

实施例5所得的温度传感器，喷涂使油墨很好的附着在了A4纸上，在A₄纸上以一种连续相存在，具有连贯性，从而具有良好的传感性能。

实施例6与实施例5不同之处在于喷涂基底为白色棉布；

实施例6所得的温度传感器，喷涂使油墨很好的附着在了白色棉布上，在棉布上以一种连续相存在，具有连贯性，从而具有良好的传感性能。

实施例7与实施例5不同之处在于喷涂基底为泡沫；

实施例7所得的温度传感器，泡沫基底不能快速吸收油墨中的溶剂，油墨干的时间相对于A4纸来说需要更多的时间，喷涂过程会让油墨分布不均匀，传感性能也不稳定。

实施例8与实施例5不同之处在于喷涂基底为木头；

实施例8所得的温度传感器，喷涂使油墨很好的附着在木头板上，但木板间隙过大，需重复多次喷涂，才能具有较为稳定的温度传感性能。

具体对比下表：

实例	A4纸	白色棉布	泡沫	木头
					书写	实例1	实例2	实例3	实例4
喷涂	实例5	实例6	实例7	实例8

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。

熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

步骤一：将油墨的颜料超声分散于水中；

步骤二：配制聚合物溶液并超声分散；

步骤三：将稳定分散的油墨逐滴加入聚合物溶液中，形成聚合物包裹的稳定的油墨溶液；

步骤四：将溶液进行离心处理，加入油墨溶剂，调节黏度并搅拌均匀；

步骤五：加入导电性的温敏物质离子液体并超声分散；

步骤六：将油墨封装于水性笔芯中，在基底上书写，或将油墨加入喷枪中，在基底上喷涂，自然晾干后两端接导电铜胶带得到含离子液体的柔性温度传感器。

2.根据权利要求1所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述油墨的颜料为Ti₃C₂纳米片层；所述聚合物溶液为聚乙烯亚胺溶液；所述油墨溶剂为2-甲基-1,3丙二醇；所述离子液体为1-癸基-3甲基咪唑溴盐。

3.根据权利要求2所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述油墨的加入量为1份；将聚乙烯亚胺配置成10％wt的水溶液且为34.7份；所述油墨溶剂加入量为25.7份；所述离子液体加入量为38.6份。

4.根据权利要求1-3所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述基底为纸、白色棉布、泡沫或木头。

5.根据权利要求1-3所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述离心处理的速率为15000rpm/min，时间为10min。

6.根据权利要求4所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述离心处理的速率为15000rpm/min，时间为10min。

7.根据权利要求1-3所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述超声分散的时间大于30mim。

8.根据权利要求4所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述超声分散的时间大于30mim。

9.根据权利要求5所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述超声分散的时间大于30mim。

10.根据权利要求6所述的含离子液体的柔性温度传感器的制备方法，其特征是，所述超声分散的时间大于30mim。