CN115356007A - 一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器。包括：一压敏单元，该压敏单元由零电阻温度系数导电材料制成，且该压敏单元一表面设有若干微结构；以及，一温敏单元，该温敏单元为温度敏感的薄膜材料制成的金属电极，且该温敏单元一表面刻蚀有与所述压敏单元微结构一表面中心对齐层叠形成电连接的叉指电极图案，用于生成传感信号等。本发明将零电阻温度系数材料用于压敏单元，从敏感机理层面解决电阻式压敏元件的温度漂移问题，能实现压力温度传感器的多信号读取。将对温度敏感的金属薄膜材料用于温敏单元，通过金属材料与结构设计相结合使金属温敏电阻阻值远小于压敏电阻阻值，实现温度的无干扰测量。
Description
技术领域
本发明涉及温度压力双模传感领域，尤其涉及一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器。
背景技术
人体皮肤表面分布着许多触觉小体，能为人们日常生活提供触觉感知功能。随着柔性传感技术的快速发展，模拟人体皮肤触觉感知功能的电子皮肤引发关注。一个理想的电子皮肤应该具备多功能的传感能力，即同时检测不同类型刺激的能力，特别是同时检测压力和温度的电子皮肤，对于自我保护、触摸识别和物体抓取至关重要。
然而，具备同时检测压力和温度刺激的柔性压力温度传感器大多具有复杂的结构和繁琐的制造工艺，不利于器件的大规模阵列。此外，柔性压力温度传感器普遍存在信号耦合问题，大量研究采用温度算法进行信号处理，但是由于应用环境多变，温度算法需要经常校准，使测量更加复杂，应用受到限制。因此，通过结构设计和制造工艺相结合简化器件的复杂性且在不涉及复杂算法的情况下，直观地读取多个触觉信号对于柔性压力温度传感器的发展具有重要意义。为此申请人提出一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种温度压力双模传感单元、制备方法及其制备的传感器，能实现压力温度传感器的无干扰多信号读取。
根据本发明的一个方面，提供一种温度压力双模传感单元，包括：
一压敏单元，该压敏单元由零电阻温度系数导电材料制成，且该压敏单元一表面设有若干微结构；以及，
一温敏单元，该温敏单元为温度敏感的薄膜材料制成的金属电极，且该温敏单元一表面刻蚀有与所述压敏单元微结构一表面中心对齐层叠形成电连接的叉指电极图案，用于生成传感信号；以及根据所述传感信号类型在温敏单元上设置至少一第一传感端、第二传感端、第三传感端。
当压力变化时，压敏单元表面的微结构发生形变，第二传感端与第三传感端采集压力信号输出电阻变化，同时微结构表面的零电阻温度系数材料保证压敏单元的电阻变化与温度无关；当温度变化时，温敏单元的温度敏感电阻随温度变化，同时由于金属温敏电阻阻值远小于压敏电阻阻值，使得温敏电阻变化与压力无关。将零电阻温度系数材料用于压敏单元，从材料层面解决电阻式压敏元件的温度漂移问题，能实现压力温度传感器的无干扰多信号读取。所设计的柔性压力温度传感器结构简单、器件整体较薄，能有效模拟人体皮肤触觉感知功能。
根据本发明的另一个方面，提供一种温度压力双模传感单元的制备方法，该方法用于制备上述的一种温度压力双模传感单元；包括：
提供一种具有微结构的PDMS层；该PDMS层表面喷涂零电阻温度系数导电材料形成压敏单元；
提供一种温度敏感的柔性基材表面；该柔性基材表面沉积50-200nm厚的金属电极材料获得柔性金属薄膜，并在该金属薄膜表面激光刻蚀、激光切割形成温敏单元；
将所述压敏单元与所述温敏单元中心对齐层叠，形成一种温度压力双模传感单元。
温度压力双模传感单元结构简单、器件整体较薄，能有效模拟人体皮肤触觉感知功能。将零电阻温度系数材料用于压敏单元，从材料层面解决电阻式压敏元件的温度漂移问题，能实现柔性压力温度传感器的无干扰多信号读取。柔性压力温度传感器的制备方法简单，利用激光与喷涂工艺相结合，可实现大面积的快速制造，提高了制备效率。传感器制备所使用的各部分材料均易获取且成本较低。采用柔性材料制备传感器的各个部分，所获得的传感器具有良好的柔韧性，可大规模阵列应用于电子皮肤及可穿戴设备等领域。
根据本发明的又一个方面，提供一种传感器压敏单元用微结构，
所述微结构包括：一第一凸出部；若干第二凸出部，该第二凸出部环绕设置于第一突出部四周，且高度低于第一凸出部；以及，所述第二凸出部沿第一凸出部四周发散有高度逐级递减的若干第三突出部。
该微结构以中心第一凸出部为轴心向四周发散有若干第二凸出部，每个第二凸出部上设有高度逐级递减的第三突出部。相较于现有结构，该种结构在压力检测过程中，随着压敏单元的受力，凸出部逐级接触温敏单元的电极图案，能够提高传感器电阻变化的敏感度，进一步的提升传感器的精度。
根据本发明的再一个方面，提供一种压力传感器，由若干个温度压力双模传感单元电性相连组成。
可以发现，以上方案，将零电阻温度系数材料用于压敏单元，从敏感机理层面解决电阻式压敏元件的温度漂移问题，能实现压力温度传感器的多信号读取。将对温度敏感的金属薄膜材料用于温敏单元，通过金属材料与结构设计相结合使金属温敏电阻阻值远小于压敏电阻阻值，实现温度的无干扰测量。所提供的温度压力双模传感单元的制备方法简单，利用激光与喷涂工艺相结合，可实现大面积的快速制造，提高了制备效率。温度压力双模传感单元制备所使用的各部分材料均易获取且成本较低。采用柔性材料制备传感器的各个部分，所提供的柔性压力温度传感器具有良好的柔韧性，可大规模阵列应用于电子皮肤及可穿戴设备等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明温度压力双模传感单元一实施例的结构示意图；
图2是本发明温度压力双模传感单元一实施例的结构示意图；
图3是本发明温度压力双模传感单元另一实施例的结构示意图；
图4是本发明温度压力双模传感单元再一实施例的结构示意图；
图5是本发明温度压力双模传感单元的制备方法一实施例的流程示意图；
图6是本发明传感器压敏单元用微结构一实施例的结构示意图；
图7是本发明传感器压敏单元用微结构一实施例的结构示意图；
图8是本发明传感器压敏单元用微结构一实施例的结构示意图；
图9是本发明传感器压敏单元用微结构一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种温度压力双模传感单元，能实现压力温度传感器的无干扰多信号读取。包括：
一压敏单元，该压敏单元由零电阻温度系数导电材料制成，且该压敏单元一表面设有若干微结构；以及，
一温敏单元，该温敏单元为温度敏感的薄膜材料制成的金属电极，且该温敏单元一表面刻蚀有与所述压敏单元微结构一表面中心对齐层叠形成电连接的叉指电极图案，用于生成传感信号；以及根据所述传感信号类型在温敏单元上设置至少一第一传感端、第二传感端、第三传感端。
具体的，请参见图1-图2，图1、图2是本发明温度压力双模传感单元一实施例的结构示意图。本实施例中，
所述传感单元包括压敏单元1、温敏单元2；所述压敏单元1与所述温敏单元2中心对齐设置，面接触形成导电连接；
所述压敏单元1下表面阵列有微结构11；所述温敏单元2为T型叉指型图案电极；该微结构11底面长、宽为1mm，高度150μm，相邻微结构之间的间隙为400μm。
所述压敏单元1材料为零电阻温度系数导电材料；所述温敏单元2材料为对温度敏感的薄膜材料；
进一步的，零电阻温度系数材料是由正、负电阻温度系数材料混合而成，主要是碳系材料，控制其电阻值在MΩ级别；温敏单元采用金属薄膜，通过控制其厚度、结构的图案使其阻值在10kΩ以下，金属温敏电阻阻值远小于压敏电阻阻值。这样进行测温时，连接第一传感端、第二传感端相当于压力、温度电阻并联，输出的电阻值主要取决于温敏单元的小电阻，以此减少压力对温度检测的影响。
进一步的，所述正电阻温度系数材料包括：MXene、石墨、金属纳米材料；所述负电阻温度系数材料包括：碳黑、石墨烯、碳纳米管、聚吡咯。
进一步的，该温度敏感的薄膜材料为温度敏感的柔性基材表面沉积50-200nm厚的金属电极材料制成。该电极材料可以是铂Pt或铜Cu或金Au或铂金Pt/Au。该温度敏感的柔性基材可以是PET聚对苯二甲酸乙二醇酯或是PI聚酰亚胺。
进一步的，沉积厚度控制至50-20nm厚的原因在于，如果沉积厚度太薄膜质量不好，而且太薄温敏单元阻值较大；若沉积厚度太厚增加制造时间及成本，降低了效率。
所述温敏单元2的T形叉指型金属电极为T字型；所述T字型具有左接口21即第一传感端、右接口22即第二传感端和下接口23即第三传感端；测量左接口21与右接口22间的电阻实现温度信号采集；测量右接口22与下接口23间的电阻实现压力信号采集；进一步的，叉指电极图案为树突形，压敏单元长宽尺寸与叉指电极图案的长宽尺寸相同。
当压力变化时，压敏单元1表面的微结构11发生形变，右接口22与下接口23采集压力信号输出电阻变化，同时微结构11表面的零电阻温度系数材料保证压敏单元1的电阻变化与温度无关；当温度变化时，温敏单元2的温度敏感电阻随温度变化，同时由于金属温敏电阻阻值远小于压敏电阻阻值，使得温敏电阻变化与压力无关。将零电阻温度系数材料用于压敏单元1，从材料层面解决电阻式压敏元件的温度漂移问题，能实现压力温度传感器的无干扰多信号读取。所设计的柔性压力温度传感器结构简单、器件整体较薄，能有效模拟人体皮肤触觉感知功能。
进一步的，请参见图3，图3是本发明温度压力双模传感单元另一实施例的结构示意图。与上一实施例的区别在于：所述叉指电极图案为蛇形。相较于上一实施例，蛇形相比于树突形，在相同的空间尺寸下可以降低温敏电阻的阻值。
进一步的，请参见图4，图4是本发明温度压力双模传感单元又一实施例的结构示意图。与上一实施例的区别在于：所述叉指电极图案为螺旋形。相较于上两实施例，螺旋形相比于树突形和蛇形，在相同的空间尺寸下可以进一步降低温敏电阻的阻值。
本发明还提供一种温度压力双模传感单元的制备方法，该方法用于制备上述的一种温度压力双模传感单元；包括：
提供一种具有微结构的PDMS层；该PDMS层表面喷涂零电阻温度系数导电材料形成压敏单元；
提供一种温度敏感的柔性基材表面；该柔性基材表面沉积50-200nm厚的金属电极材料获得柔性金属薄膜，并在该金属薄膜表面激光刻蚀、激光切割形成温敏单元；
将所述压敏单元与所述温敏单元中心对齐层叠，形成一种温度压力双模传感单元。
具体的，请参见图5，图5是本发明温度压力双模传感单元的制备方法一实施例的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图5所示的流程顺序为限。如图5所示，该方法包括如下步骤：
S1：利用激光打标机制备具有微结构的压敏单元模具；
用于激光打标的模具的材料为亚克力板或玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯；
S2：将PDMS与固化剂按10:1的质量比进行混合，搅拌5分钟获得混合溶液，将混合溶液放入真空箱10分钟进行脱气处理，然后将脱气混合溶液倒入S1所获得的压敏单元模具中，再次进行5分钟的脱气处理，最后将样品放置于60℃的加热台加热5小时固化，剥离固化后的PDMS材料，获得微结构PDMS。
S3：将正电阻温度系数材料与负电阻温度系数材料按比例混合，获得零电阻温度系数导电材料；
进一步的，所述正电阻温度系数材料包括：MXene、石墨、金属纳米材料；所述负电阻温度系数材料包括：碳黑、石墨烯、碳纳米管、聚吡咯。
进一步的，本实施例提供两种优选配方，负电阻温度系数材料选用碳纳米管及石墨烯；正电阻温度系数材料选用MXene及银纳米线；上述两类材料按照体积比优选如下配比：
碳纳米管:MXene＝10:1
石墨烯:银纳米线＝1:6
S4：利用喷涂工艺,将零电阻温度系数导电材料喷涂在微结构PDMS表面，制备压敏单元；
喷涂工艺为静电喷涂或喷枪喷涂中的一种。喷涂厚度为300μm-400μm。
S5：利用薄膜沉积工艺在柔性基材表面沉积50nm或60nm或70nm或80nm或90nm或100nm或110nm或120nm或130nm或140nm或150nm或160nm或170nm或180nm或190nm或200nm厚的金属电极材料获得柔性金属薄膜；
薄膜沉积工艺为磁控溅射或电子束蒸发镀膜中的一种。
S6：设置激光打标机的扫描速度为100mm/s，脉冲宽度为1μs，重复频率为20kHz，利用激光打标机在S5获得的柔性金属薄膜表面进行图案化，获得树突形叉指图案，设置激光打标机的扫描速度为40mm/s，脉冲宽度为1μs，重复频率为40kHz，将柔性金属薄膜切割成T字型图案即一第一传感端、第二传感端、第三传感端，形成T形叉指型金属电极的温敏单元；
S7：将S4所得的压敏单元与S6所得的温敏单元进行中心对齐层叠组装，形成一种温度压力双模传感单元。
温度压力双模传感单元结构简单、器件整体较薄，能有效模拟人体皮肤触觉感知功能。将零电阻温度系数材料用于压敏单元，从材料层面解决电阻式压敏元件的温度漂移问题，能实现柔性压力温度传感器的无干扰多信号读取。柔性压力温度传感器的制备方法简单，利用激光与喷涂工艺相结合，可实现大面积的快速制造，提高了制备效率。传感器制备所使用的各部分材料均易获取且成本较低。采用柔性材料制备传感器的各个部分，所获得的传感器具有良好的柔韧性，可大规模阵列应用于电子皮肤及可穿戴设备等领域。
本发明还提供一种传感器压敏单元用微结构，所述微结构包括：一第一凸出部；若干第二凸出部，该第二凸出部环绕设置于第一突出部四周，且高度低于第一凸出部；以及，所述第二凸出部沿第一凸出部四周发散有高度逐级递减的若干第三突出部。
具体的，请参阅图6-图9，图6-图9是本发明传感器压敏单元用微结构一实施例的结构示意图。
该微结构中间主级微结构111最高，即第一凸出部；环绕设置于主级微结构111四周的次级微结构112，即第二凸出部；次级微结构112沿主级微结构111四周发散有高度逐级递减的子级微结构1121，该子级微结构1121可以有3～7级。上述每级微结构间高度差为8～15μm；类似海星的形状，微结构整体形貌可以是四角也可以是五角、六角、七角、八角等。
该微结构以中心第一凸出部为轴心向四周发散有若干第二凸出部，每个第二凸出部上设有高度逐级递减的第三突出部。相较于现有结构，该种结构在压力检测过程中，随着压敏单元的受力，凸出部逐级接触温敏单元的电极图案，能够提高传感器电阻变化的灵敏度，进一步的提升传感器的精度。
本发明还提供一种温度压力双模传感器，由若干个上述的温度压力双模传感单元电性相连组成。
以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种温度压力双模传感单元，其特征在于，包括：
一压敏单元，该压敏单元由零电阻温度系数导电材料制成，且该压敏单元一表面设有若干微结构；以及，
一温敏单元，该温敏单元为温度敏感的薄膜材料制成的金属电极，且该温敏单元一表面刻蚀有与所述压敏单元微结构一表面中心对齐层叠形成电连接的叉指电极图案，用于生成传感信号；以及根据所述传感信号类型在温敏单元上设置至少一第一传感端、第二传感端、第三传感端。
2.根据权利要求1所述的一种温度压力双模传感单元，其特征在于，
所述压敏单元一表面阵列有若干微结构，该所述微结构为微结构；以及，该微结构底面长、宽为0.1mm-3.0mm，高度为50μ-250μm，相邻微结构之间的间隙为300μm-500μm。
3.根据权利要求1所述的一种温度压力双模传感单元，其特征在于，
所述一温敏单元为T形叉指型金属电极；所述T形叉指型金属电极左端设有第一传感端、右端设有第二传感端、下端设有第三传感端；测量第一传感端与第二传感端间的电阻实现温度信号采集；测量第二传感端与第三传感端间的电阻实现压力信号采集。
4.如权利要求1或3所述的一种温度压力双模传感单元，其特征在于，
所述叉指电极图案为树突形、蛇形或螺旋形中的一种或多种；以及
所述压敏单元长宽尺寸与叉指电极图案的长宽尺寸相同。
5.一种温度压力双模传感单元的制备方法，其特征在于，该方法用于制备上述权利要求1-4任一项所述的一种温度压力双模传感单元；包括：
提供一种具有微结构的PDMS层；该PDMS层表面喷涂零电阻温度系数导电材料形成压敏单元；
提供一种温度敏感的柔性基材表面；该柔性基材表面沉积50-200nm厚的金属电极材料获得柔性金属薄膜，并在该金属薄膜表面激光刻蚀、激光切割形成温敏单元；
将所述压敏单元与所述温敏单元中心对齐层叠，形成一种温度压力双模传感单元。
6.如权利要求5所述的一种温度压力双模传感单元的制备方法，其特征在于，所述提供一种具有微结构的PDMS层；该PDMS层表面喷涂零电阻温度系数导电材料形成压敏单元具体包括：
利用激光工艺制备具有微结构的压敏单元模具，将PDMS与固化剂按10:1的质量比进行混合，搅拌5分钟获得混合溶液；将混合溶液放入真空箱10分钟进行脱气处理；将脱气混合溶液倒入压敏单元模具中，再次进行5分钟的脱气处理；最后将样品放置于60℃的加热台加热5小时固化，剥离固化后的PDMS材料，获得微结构PDMS层。
7.如权利要求5或6所述的一种温度压力双模传感单元的制备方法，其特征在于，所述提供一种具有微结构的PDMS层；该PDMS层表面喷涂零电阻温度系数导电材料形成压敏单元进一步包括：
将正电阻温度系数材料与负电阻温度系数材料按比例混合，获得零电阻温度系数导电材料；
所述正电阻温度系数材料包括：MXene、石墨、金属纳米材料；所述负电阻温度系数材料包括：碳黑、石墨烯、碳纳米管、聚吡咯。
8.如权利要求5所述的一种温度压力双模传感单元的制备方法，其特征在于，所述提供一种温度敏感的柔性基材表面；该柔性基材表面沉积50-200nm厚的金属电极材料获得柔性金属薄膜，并在该金属薄膜表面激光刻蚀、激光切割形成温敏单元具体包括：
利用激光刻蚀工艺将柔性金属薄膜表面刻蚀出叉指电极图案；利用激光切割工艺将柔性金属薄膜表面切割出设置一第一传感端、第二传感端、第三传感端，形成温敏单元。
9.一种传感器压敏单元用微结构，其特征在于，所述微结构用于权利要求1-4所述的一种温度压力双模传感单元；
所述微结构包括：
一第一凸出部；
若干第二凸出部，该第二凸出部环绕设置于第一突出部四周，且高度低于第一凸出部；以及，所述第二凸出部沿第一凸出部四周发散有高度逐级递减的若干第三突出部。
10.一种温度压力双模传感器，其特征在于，由若干个权利要求1-4所述的温度压力双模传感单元电性相连组成。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115855324A (zh) * | 2022-12-26 | 2023-03-28 | 厦门大学 | 一种检测锂电池电芯膨胀的薄膜压力传感器及其制备方法 |
| RU220876U1 (ru) * | 2023-07-10 | 2023-10-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) | Комбинированный электрод экг-температура |
| CN117091653A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-21 | 哈尔滨理工大学 | 一种用于储能系统安全监测的双参量薄膜传感器及其制备方法和应用 |
| CN117598670A (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-27 | 哈尔滨理工大学 | 一种集成阵列式多参数柔性可穿戴传感器及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160349134A1 (en) * | 2015-05-29 | 2016-12-01 | Korea University Research And Business Foundation | Flexible pressure sensor using amorphous metal and flexible bimodal sensor for simultaneously sensing pressure and temperature |
| US20170273624A1 (en) * | 2014-12-12 | 2017-09-28 | Guang Dong Dongbond Technology Co., Ltd. | Electronic skin and manufacturing method therefor |
| KR20190010162A (ko) * | 2017-07-21 | 2019-01-30 | 고려대학교 세종산학협력단 | 유연 전기 소자 및 이를 포함하는 압력 및 온도 측정 센서 |
| GB202000864D0 (en) * | 2020-01-21 | 2020-03-04 | Hyve Dynamics Holdings Ltd | Sensing and ctuating laminate material |
| WO2020183168A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | Hyve Dynamics Holdings Limited | A multi-layered sensing apparatus and method of use |
| CN113091811A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 电子科技大学 | 一种柔性温压一体化传感器及其制备方法和应用 |
-
2022
- 2022-08-17 CN CN202210991790.9A patent/CN115356007A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170273624A1 (en) * | 2014-12-12 | 2017-09-28 | Guang Dong Dongbond Technology Co., Ltd. | Electronic skin and manufacturing method therefor |
| US20160349134A1 (en) * | 2015-05-29 | 2016-12-01 | Korea University Research And Business Foundation | Flexible pressure sensor using amorphous metal and flexible bimodal sensor for simultaneously sensing pressure and temperature |
| KR20190010162A (ko) * | 2017-07-21 | 2019-01-30 | 고려대학교 세종산학협력단 | 유연 전기 소자 및 이를 포함하는 압력 및 온도 측정 센서 |
| WO2020183168A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | Hyve Dynamics Holdings Limited | A multi-layered sensing apparatus and method of use |
| GB202000864D0 (en) * | 2020-01-21 | 2020-03-04 | Hyve Dynamics Holdings Ltd | Sensing and ctuating laminate material |
| CN113091811A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-07-09 | 电子科技大学 | 一种柔性温压一体化传感器及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 田合雷;刘平;郭小辉;刘彩霞;黄英;: "基于导电橡胶的柔性压力/温度复合感知系统", 传感器与微系统, no. 10, 20 October 2015 (2015-10-20) * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115855324A (zh) * | 2022-12-26 | 2023-03-28 | 厦门大学 | 一种检测锂电池电芯膨胀的薄膜压力传感器及其制备方法 |
| CN115855324B (zh) * | 2022-12-26 | 2024-04-30 | 厦门大学 | 一种检测锂电池电芯膨胀的薄膜压力传感器及其制备方法 |
| RU220876U1 (ru) * | 2023-07-10 | 2023-10-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" (ОмГТУ) | Комбинированный электрод экг-температура |
| CN117091653A (zh) * | 2023-08-24 | 2023-11-21 | 哈尔滨理工大学 | 一种用于储能系统安全监测的双参量薄膜传感器及其制备方法和应用 |
| CN117091653B (zh) * | 2023-08-24 | 2024-04-12 | 哈尔滨理工大学 | 一种用于储能系统安全监测的双参量薄膜传感器及其制备方法和应用 |
| CN117598670A (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-27 | 哈尔滨理工大学 | 一种集成阵列式多参数柔性可穿戴传感器及其制备方法 |
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