CN112161724A - 织物基体温传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子器件技术领域，具体为一种织物基体温传感器的制备方法。本发明提出的方法是以羊绒布为基底，负载淀粉为保湿层，涂布聚乙烯醇，喷涂石墨烯墨水，再真空蒸镀“银/铜/银”金属膜，最后搭载银电极，制备得到织物基体温传感器，该传感器在体表湿度为65~80%的腋下工作时，体温传感分辨率达0.05℃，在35~45℃温度区间线性度高、重复性好、响应速度快，可用于穿戴式不间断体温监测设备。
Description
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，具体涉及一种织物基体温传感器的制备方法。
背景技术
体温监测是某些疾病防疫最直接的手段。体温计是体温监测最常用的装置，但具有医学意义的体温数据，目前只能是采集于口腔、肛门和腋下的体温数值，其他体温数据目前在医学上不予认可。
某些疾病防疫要求能实现体温24小时不间断监测，以监测症状的出现。口腔、肛门是体内监测，24小时不间断监测难以实现。腋下体温监测是唯一可以解决上述问题的途径。
腋下体温监测的难点在于体温计必须柔性、透气，任何刚性的温度监测装置都会有异物感，体温检测舒适度差，难以推广和使用。
柔性温度传感器有塑料基、纸基和织物基三种，塑料密闭性好，透气性差，不利于排汗；纸的力学性能差，容易破碎；织物则能规避塑料和纸的缺点，是理想的腋下体温传感器基材。
国内外关于织物基温度传感器的论文和专利众多，均有致命的缺点，虽然温度传感灵敏度很高，但温度传感分辨率（或精度）达不到0.1℃，不符合医学体温监测要求。再就是温度传感的重复性差，传感监测数据不可靠。
现有的织物基温度传感器，其检测结果未考虑腋下的人体环境，特别是腋下体表湿度达65%以上，湿度对温度传感的分辨率、灵敏度、线性度等有干扰或相关性。常规织物基温度传感器，在高湿度下，其检测结果准确度较差。
本发明要解决的技术问题是，如何设计传感器结构，通过合适的制备工艺，制备出温度传感分辨率达到0.1℃，从而符合医学要求的织物基体温传感器。
本发明要解决的技术问题还在于：腋下体表湿度较大，如何设计、开发具有湿度选择性的织物基温度传感器，以适应实际应用环境，提高体温监测数据可靠性。
本发明的核心技术在于将淀粉负载的织物上，以平衡传感器的湿度环境，当腋下湿度较大，如出汗时，吸收水分，但腋下干爽时，释放水分，使得体温传感的湿度环境维持在65~80%；其次，针对腋下湿度环境，设计聚乙烯醇、石墨烯以及三层金属复合膜，提高温度传感的分辨率至0.05℃，达到医学要求；第三，体温传感线性度高，重复性好，响应时间短，可与可穿戴系统结合，实现24小时不间断体温监测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种织物基体温传感器的制备方法。
本发明提出的织物基体温传感器的制备方法，具体步骤如下：
（1）负载淀粉：将180克重的羊绒布剪成20cm×20cm的方块，浸入质量浓度为4~6%的水溶性淀粉水溶液中，缓慢取出，放入烘箱中，于100~120℃烘烤3小时，冷却，得淀粉负载羊绒布；
（2）涂布聚乙烯醇：将步骤（1）得到的淀粉负载羊绒布置于涂布机上，加热至60~70℃，涂布质量浓度为8~10% 的聚乙烯醇水溶液，反复涂布3次，升温至90~100℃，保持3小时，冷却，得聚乙烯醇复合羊绒布；
（3）喷涂石墨烯墨水：将步骤（2）得到的聚乙烯醇复合羊绒布摊平，将石墨烯墨水置于电动喷壶中，以面扫描方式在复合羊绒布上喷洒石墨烯墨水，扫描步进为9~10cm/分钟，墨水喷洒流速为8~10ml/分钟，喷洒完毕，室温放置1小时，再将石墨烯墨水喷涂后的羊绒布置于烘箱中，于90~100℃烘烤1小时，冷却，得石墨烯复合羊绒布；
（4）真空蒸镀金属膜；将步骤（3）得到的石墨烯复合羊绒布置于真空镀膜机中，在2×10-3Pa真空度下，先蒸镀120~150微米厚的银，再蒸镀50~60微米厚的铜，再蒸镀150~180微米厚的银，得“银/铜/银”薄膜复合羊绒布；
（5）传感器制备；将步骤（4）得到的“银/铜/银”薄膜复合羊绒布置于激光雕刻机中，雕刻成半径为2cm的圆片，将银导线正电极搭载在圆片圆心位置，将银导线负电极搭载在圆片边缘位置，得织物基体温传感器；
本发明中，石墨烯墨水中各组分的质量百分比为：石墨烯：硫酸：草酸：丙三醇：水=5：1：1：1：25。
用湿度计测得人体腋下体表湿度为65~80%，将织物基体温传感器粘贴在腋下皮肤表面，用LCR精密电桥测量体温传感器的体温传感分辨率达0.05℃，体温传感线性度为0.999；重复10000次试验，传感灵敏度不下降；传感响应时间为10毫秒。
将织物基体温传感器置于密闭箱中，调节空气湿度为65~80%，用LCR精密电桥测量，测得35~45℃温度区间内，温度传感分辨率达0.05℃，温度传感线性度为0.999；重复10000次试验，传感灵敏度不下降；传感响应时间为10毫秒。
将织物基体温传感器置于密闭箱中，调节空气湿度为50~60%，用LCR精密电桥测量，测得35~45℃温度区间内，温度传感分辨率为0.21℃，温度传感线性度为0.931，重复10000次试验，传感灵敏度下降13%；传感响应时间为15毫秒。
将织物基体温传感器置于密闭箱中，调节空气湿度为40~50%，用LCR精密电桥测量，测得35~45℃温度区间内，温度传感分辨率为0.18℃，温度传感线性度为0.933，重复10000次试验，传感灵敏度下降17%；传感响应时间为13毫秒。
将织物基体温传感器置于密闭箱中，调节空气湿度为30~40%，用LCR精密电桥测量，测得35~45℃温度区间内，温度传感分辨率为0.25℃，温度传感线性度为0.893，重复10000次试验，传感灵敏度下降14%；传感响应时间为11毫秒。
由此可见，本发明制备的织物基体温传感器，对环境湿度有极大的选择性，适用的环境湿度为65~80%，与腋下体表湿度吻合度高。这种湿度选择性是本领域技术人员所难以预料的，本发明的技术效果也是难以预期的。
本发明的有益效果在于：
（1）织物基体温传感器，用于腋下体温监测，柔性无异物感，适合推广和使用。
（2）体温传感分辨率高，达到0.05℃，符合医学体温监测要求。
（3）体温传感线性度和重复性好，重复10000次试验，传感灵敏度不下降，可靠性高。
（4）传感性能指标与腋下体表湿度环境吻合度高，具有湿度选择性。
附图说明
图1为织物基体温传感器的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1
将质量百分比为：石墨烯：硫酸：草酸：丙三醇：水=5：1：1：1：25的各物质混合，搅匀，得石墨烯墨水。
将180克重的羊绒布剪成20cm×20cm的方块，浸入质量浓度为4%的水溶性淀粉水溶液中，缓慢取出，放入烘箱中，于100℃烘烤3小时，冷却，得淀粉负载羊绒布
将淀粉负载羊绒布置于涂布机上，加热至60℃，涂布质量浓度为8% 的聚乙烯醇水溶液，反复涂布3次，升温至90℃，保持3小时，冷却，得聚乙烯醇复合羊绒布；
将聚乙烯醇复合羊绒布摊平，将石墨烯墨水置于电动喷壶中，以面扫描方式在复合羊绒布上喷洒石墨烯墨水，扫描步进为9cm/分钟，墨水喷洒流速为8ml/分钟，喷洒完毕，室温放置1小时，再将石墨烯墨水喷涂后的羊绒布置于烘箱中，于90℃烘烤1小时，冷却，得石墨烯复合羊绒布；
将石墨烯复合羊绒布置于真空镀膜机中，在2×10-3Pa真空度下，先蒸镀120微米厚的银，再蒸镀50微米厚的铜，再蒸镀150微米厚的银，得“银/铜/银”薄膜复合羊绒布；
将“银/铜/银”薄膜复合羊绒布置于激光雕刻机中，雕刻成半径为2cm的圆片，将银导线正电极搭载在圆片圆心位置，将银导线负电极搭载在圆片边缘位置，得织物基体温传感器；
用湿度计测得人体腋下体表湿度为65%，将织物基体温传感器粘贴在腋下皮肤表面，用LCR精密电桥测量体温传感器的体温传感分辨率达0.05℃，体温传感线性度为0.999；重复10000次试验，传感灵敏度不下降；传感响应时间为10毫秒。
实施例2
将质量百分比为：石墨烯：硫酸：草酸：丙三醇：水=5：1：1：1：25的各物质混合，搅匀，得石墨烯墨水。
将180克重的羊绒布剪成20cm×20cm的方块，浸入质量浓度为6%的水溶性淀粉水溶液中，缓慢取出，放入烘箱中，于120℃烘烤3小时，冷却，得淀粉负载羊绒布
将淀粉负载羊绒布置于涂布机上，加热至70℃，涂布质量浓度为10% 的聚乙烯醇水溶液，反复涂布3次，升温至100℃，保持3小时，冷却，得聚乙烯醇复合羊绒布；
将聚乙烯醇复合羊绒布摊平，将石墨烯墨水置于电动喷壶中，以面扫描方式在复合羊绒布上喷洒石墨烯墨水，扫描步进为10cm/分钟，墨水喷洒流速为10ml/分钟，喷洒完毕，室温放置1小时，再将石墨烯墨水喷涂后的羊绒布置于烘箱中，于100℃烘烤1小时，冷却，得石墨烯复合羊绒布；
将石墨烯复合羊绒布置于真空镀膜机中，在2×10-3Pa真空度下，先蒸镀150微米厚的银，再蒸镀60微米厚的铜，再蒸镀180微米厚的银，得“银/铜/银”薄膜复合羊绒布；
将“银/铜/银”薄膜复合羊绒布置于激光雕刻机中，雕刻成半径为2cm的圆片，将银导线正电极搭载在圆片圆心位置，将银导线负电极搭载在圆片边缘位置，得织物基体温传感器；
用湿度计测得人体腋下体表湿度为80%，将织物基体温传感器粘贴在腋下皮肤表面，用LCR精密电桥测量体温传感器的体温传感分辨率达0.05℃，体温传感线性度为0.999；重复10000次试验，传感灵敏度不下降；传感响应时间为10毫秒。
实施例3
将质量百分比为：石墨烯：硫酸：草酸：丙三醇：水=5：1：1：1：25的各物质混合，搅匀，得石墨烯墨水。
将180克重的羊绒布剪成20cm×20cm的方块，浸入质量浓度为5%的水溶性淀粉水溶液中，缓慢取出，放入烘箱中，于110℃烘烤3小时，冷却，得淀粉负载羊绒布
将淀粉负载羊绒布置于涂布机上，加热至65℃，涂布质量浓度为9% 的聚乙烯醇水溶液，反复涂布3次，升温至95℃，保持3小时，冷却，得聚乙烯醇复合羊绒布；
将聚乙烯醇复合羊绒布摊平，将石墨烯墨水置于电动喷壶中，以面扫描方式在复合羊绒布上喷洒石墨烯墨水，扫描步进为9cm/分钟，墨水喷洒流速为10ml/分钟，喷洒完毕，室温放置1小时，再将石墨烯墨水喷涂后的羊绒布置于烘箱中，于100℃烘烤1小时，冷却，得石墨烯复合羊绒布；
将石墨烯复合羊绒布置于真空镀膜机中，在2×10-3Pa真空度下，先蒸镀140微米厚的银，再蒸镀55微米厚的铜，再蒸镀170微米厚的银，得“银/铜/银”薄膜复合羊绒布；
将“银/铜/银”薄膜复合羊绒布置于激光雕刻机中，雕刻成半径为2cm的圆片，将银导线正电极搭载在圆片圆心位置，将银导线负电极搭载在圆片边缘位置，得织物基体温传感器；
用湿度计测得人体腋下体表湿度为70%，将织物基体温传感器粘贴在腋下皮肤表面，用LCR精密电桥测量体温传感器的体温传感分辨率达0.05℃，体温传感线性度为0.999；重复10000次试验，传感灵敏度不下降；传感响应时间为10毫秒。
实施例4
将质量百分比为：石墨烯：硫酸：草酸：丙三醇：水=5：1：1：1：25的各物质混合，搅匀，得石墨烯墨水。
将180克重的羊绒布剪成20cm×20cm的方块，浸入质量浓度为6%的水溶性淀粉水溶液中，缓慢取出，放入烘箱中，于100℃烘烤3小时，冷却，得淀粉负载羊绒布
将淀粉负载羊绒布置于涂布机上，加热至70℃，涂布质量浓度为10% 的聚乙烯醇水溶液，反复涂布3次，升温至90℃，保持3小时，冷却，得聚乙烯醇复合羊绒布；
将聚乙烯醇复合羊绒布摊平，将石墨烯墨水置于电动喷壶中，以面扫描方式在复合羊绒布上喷洒石墨烯墨水，扫描步进为10cm/分钟，墨水喷洒流速为8ml/分钟，喷洒完毕，室温放置1小时，再将石墨烯墨水喷涂后的羊绒布置于烘箱中，于93℃烘烤1小时，冷却，得石墨烯复合羊绒布；
将石墨烯复合羊绒布置于真空镀膜机中，在2×10-3Pa真空度下，先蒸镀135微米厚的银，再蒸镀58微米厚的铜，再蒸镀170微米厚的银，得“银/铜/银”薄膜复合羊绒布；
将“银/铜/银”薄膜复合羊绒布置于激光雕刻机中，雕刻成半径为2cm的圆片，将银导线正电极搭载在圆片圆心位置，将银导线负电极搭载在圆片边缘位置，得织物基体温传感器；
用湿度计测得人体腋下体表湿度为75%，将织物基体温传感器粘贴在腋下皮肤表面，用LCR精密电桥测量体温传感器的体温传感分辨率达0.05℃，体温传感线性度为0.999；重复10000次试验，传感灵敏度不下降；传感响应时间为10毫秒。
Claims (1)
1.一种织物基体温传感器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）负载淀粉：将180克重的羊绒布剪成20cm×20cm的方块，浸入质量浓度为4~6%的水溶性淀粉水溶液中，缓慢取出，放入烘箱中，于100~120℃烘烤3小时，冷却，得淀粉负载羊绒布；
（2）涂布聚乙烯醇：将步骤（1）得到的淀粉负载羊绒布置于涂布机上，加热至60~70℃，涂布质量浓度为8~10% 的聚乙烯醇水溶液，反复涂布3次，升温至90~100℃，保持3小时，冷却，得聚乙烯醇复合羊绒布；
（3）喷涂石墨烯墨水：将步骤（2）得到的聚乙烯醇复合羊绒布摊平，将石墨烯墨水置于电动喷壶中，以面扫描方式在复合羊绒布上喷洒石墨烯墨水，扫描步进为9~10cm/分钟，墨水喷洒流速为8~10ml/分钟，喷洒完毕，室温放置1小时，再将石墨烯墨水喷涂后的羊绒布置于烘箱中，于90~100℃烘烤1小时，冷却，得石墨烯复合羊绒布；
（4）真空蒸镀金属膜；将步骤（3）得到的石墨烯复合羊绒布置于真空镀膜机中，在2×10-3Pa真空度下，先蒸镀120~150微米厚的银，再蒸镀50~60微米厚的铜，再蒸镀150~180微米厚的银，得“银/铜/银”薄膜复合羊绒布；
（5）传感器制备；将步骤（4）得到的“银/铜/银”薄膜复合羊绒布置于激光雕刻机中，雕刻成半径为2cm的圆片，将银导线正电极搭载在圆片圆心位置，将银导线负电极搭载在圆片边缘位置，得织物基体温传感器；
其中，石墨烯墨水中各组分的质量百分比为：石墨烯：硫酸：草酸：丙三醇：水=5：1：1：1：25；
其中，织物基体温传感器的性能为：在体表湿度为65~80%的腋下人体环境中，体温传感分辨率达0.05℃；在35~45℃温度区间，体温传感线性度为0.999；重复10000次试验，传感灵敏度不下降；体温传感响应时间为10毫秒。
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