一种柔性温度传感器及制备方法与流程

一种柔性温度传感器及制备方法
1.技术领域
2.本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种柔性温度传感器及制备方法。


背景技术：

3.随着电子科学技术的不断发展，人们对于温度的检测也提出了新的要求，伴随着各种各样传感器的出现，其中，热电偶和热电阻传感器被人们广泛的应用于温度的测量，热电偶的测温原理是基于塞贝克效应，由于热端和冷端的温度差进而产生电势差进行测量，而热电阻传感器是利用半导体或导体的电阻温度特性进行温度的测量。这两种常用的温度传感器共同点在于传感器均是由非柔性材料制成，只能对平面物体进行测量，这对传感器的应用产生了极大的限制。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种柔性温度传感器及制备方法，本发明采用将碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜和金属叉指电极作为敏感单元制备于柔性衬底上，制备出柔性温度传感器。本发明具有结构简单，制备工艺简单，柔韧性好，可靠性高，稳定性好，可实现微型化的优点。
5.本发明采用以下技术方案：1、一种柔性温度传感器，其特点包括：柔性衬底、碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜、金属叉指电极、柔性封装膜。
6.所述碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜印刷于柔性衬底上，所述金属叉指电极溅射于带有碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性衬底上，柔性封装膜旋涂于金属叉指电极上方。
7.一种柔性温度传感器及制备方法，其特点包括如下步骤：步骤一、制备悬浮液称取碳纳米管粉末和聚酰亚胺，分别将碳纳米管粉末和聚酰亚胺与n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）进行混合，并进行磁力搅拌，所述碳纳米管粉末和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）混合的质量比为1:1000，聚酰亚胺和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）混合的质量比为1:2，。
8.步骤二、超声水浴将步骤一中得到的碳纳米管粉末和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）悬浮液以及聚酰亚胺和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）悬浮液进行超声水浴分散处理3h，以粉碎大颗粒物质，确保均匀性。
9.步骤三、制备碳纳米管聚酰亚胺复合材料将步骤二得到的碳纳米管粉末和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）悬浮液稀释到聚酰亚胺和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）悬浮液中进行搅拌，搅拌速度为1200rpm/h，搅拌时间为1h，在对搅拌后的悬浮液进行超声水浴处理10h。
10.步骤四、制备碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜将步骤三制备的碳纳米管聚酰亚胺复合材料通过喷墨打印的方式印刷在聚酰亚胺衬底上，将碳纳米管聚酰亚胺纳米复合材料悬浮液保持在储液器中，喷嘴的内径为50μm，滴液速度设置在1～3m/s，平均液滴直径为0.1mm，然后在35℃固化6h，得到碳纳米管聚酰亚胺复合膜。
11.步骤五、制备金属叉指电极在覆盖有步骤四制得的碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性衬底上磁控溅射金属叉指电极，磁控溅射功率为120w，工作压力为5.067pa，氩气的体积流速为20ml/min，沉积时间为10min，然后将聚酰亚胺旋涂在金属叉指电极上方，形成封装莫，用以保护金属叉指电极。
12.步骤六、固化干燥将步骤五完成封装后的传感器置于真空干燥箱中加热干燥，获得基于碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性温度传感器。
13.本发明与现有技术相比较，有益效果在于：本发明提供了一种柔性温度传感器，包括柔性基板、印刷于所述柔性基板上的碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜、以及溅射于所述柔性衬底表面的金属叉指电极，旋涂在金属叉指电极上方的柔性封装膜。其中，碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜具备很好的柔性，金属叉指电极与该柔性感温薄膜构成传感器的温敏单元；利用碳纳米管的电子隧穿效应，使碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜柔性温度传感器具有更高的灵敏度，同时提高了传感器的稳定性和可靠性。采用碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜和柔性基板，使传感器具有良好的柔韧性，并可实现传感器的微型化，大大拓宽了本传感器的应用范围，且本传感器结构简易，制备简单可实现大规模量产。
14.本发明是通过结喷墨打印技术将碳纳米管聚酰亚胺复合材料印刷于柔性衬底上，不但提高了传感器的测量精度，还大大减少了传统制造过程中的材料消耗，有利于传感器的大规模生产。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的电阻随温度变化曲线图；图3为本发明的测量精度曲线图；图4为本发明的响应时间曲线图；图5为本发明的人体表面测温曲线图。
具体实施方式
16.参阅图1，本发明包括柔性衬底(1)、碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜 (2) 、金属叉指电极(3)及柔性封装膜(4)；所述碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜印刷于柔性衬底上，所述金属叉指电极溅射于带有碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性衬底上，柔性封装膜旋涂于金属叉指电极上方。
17.参阅图1、本发明的制备方法包括如下步骤：步骤一、制备悬浮液
称取碳纳米管粉末和聚酰亚胺，分别将碳纳米管粉末和聚酰亚胺与n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）进行混合，并进行磁力搅拌，所述碳纳米管粉末和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）混合的质量比为1:1000，聚酰亚胺和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）混合的质量比为1:2，。
18.步骤二、超声水浴将步骤一中得到的碳纳米管粉末和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）悬浮液以及聚酰亚胺和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）悬浮液进行超声水浴分散处理3h，以粉碎大颗粒物质，确保均匀性。
19.步骤三、制备碳纳米管聚酰亚胺复合材料将步骤二得到的碳纳米管粉末和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）悬浮液稀释到聚酰亚胺和n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp）悬浮液中进行搅拌，搅拌速度为1200rpm/h，搅拌时间为1h，在对搅拌后的悬浮液进行超声水浴处理10h。
20.步骤四、制备碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜将步骤三制备的碳纳米管聚酰亚胺复合材料通过喷墨打印的方式印刷在聚酰亚胺衬底上，将碳纳米管聚酰亚胺纳米复合材料悬浮液保持在储液器中，喷嘴的内径为50μm，滴液速度设置在1～3m/s，平均液滴直径为0.1mm，然后在35℃固化6h，得到碳纳米管聚酰亚胺复合膜。
21.步骤五、制备金属叉指电极在覆盖有步骤四制得的碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性衬底上磁控溅射金属叉指电极，磁控溅射功率为120w，工作压力为5.067pa，氩气的体积流速为20ml/min，沉积时间为10min，然后将聚酰亚胺旋涂在金属叉指电极上方，形成封装莫，用以保护金属叉指电极。
22.步骤六、固化干燥将步骤五完成封装后的传感器置于真空干燥箱中加热干燥，获得基于碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性温度传感器。
23.对本发明附图的进一步说明参阅图2 为本发明基于碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性温度传感器电阻随温度变化曲线图，纵坐标为 (t温度时传感器电阻电阻r
t
－传感器初始电阻r0)/初始电阻r0，横坐标为温度℃。本发明在40℃～80℃测试温度范围内呈现出负温度系数。
24.参阅图3 为本发明基于碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性温度传感器精度曲线图，测温范围在37℃～38℃(人体体温)，纵坐标为 (t温度时传感器电阻电阻r
t
－传感器初始电阻r0)/初始电阻r0，横坐标为温度℃。在人体体温范围内本发明表现出精度为1%℃-1
。
25.参阅图4 为本发明基于碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性温度传感器响应时间曲线图，纵坐标为 (t温度时传感器电阻电阻r
t
－传感器初始电阻r0)/初始电阻r0，横坐标为时间s。本发明在20℃～30℃的测温下响应时间为11.2s。
26.参阅图5 为本发明基于碳纳米管聚酰亚胺复合薄膜的柔性温度传感器对人体皮肤表面实际测温曲线图，纵坐标为温度℃，横坐标为时间s。