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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