一種可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量的柔性溫度傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感器及其制備方法，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量的柔性溫度傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，人們?yōu)榱藱z測(cè)溫度已經(jīng)發(fā)明了各種各樣的溫度傳感器，尤其是基于材料溫度一一電阻變化特性的溫度傳感器。按照傳感器材料及電子元件特性可分為熱電阻式和熱電偶式兩類。其中熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的原理進(jìn)行測(cè)溫的一種傳感器溫度計(jì)。目前大部分熱電阻式溫度傳感器是以金屬制作的，最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻，而且大都是非柔性且生物兼容性不好。
[0003]單只溫度傳感器一次只能檢測(cè)某一個(gè)點(diǎn)的溫度，在需要同時(shí)檢測(cè)一個(gè)面上各點(diǎn)的溫度時(shí)，只能用若干這種分離的單只傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，給應(yīng)用帶來(lái)了不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題:有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量的柔性溫度傳感器及其制備方法，該溫度傳感器一次可測(cè)多點(diǎn)溫度，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、柔性和生物兼容性好，實(shí)用價(jià)值極高。
[0005]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量的柔性溫度傳感器，該溫度傳感器包括柔性基板、下金屬電極、石墨烯陣列層和η個(gè)上金屬電極；柔性基板中設(shè)有呈陣列式結(jié)構(gòu)的η個(gè)通孔，石墨烯陣列層中含有η個(gè)石墨烯柱體，η為整數(shù)，且n ^ 2 ;下金屬電極固定連接在柔性基板的底面，上金屬電極固定連接在柔性基板的頂面，且每個(gè)上金屬電極覆蓋柔性基板的一個(gè)通孔；石墨烯柱體位于柔性基板的通孔中，石墨烯柱體的頂面與上金屬電極的底面連接，石墨烯柱體的底面與下金屬電極的頂面連接；石墨烯柱體、上金屬電極和柔性基板的通孔分別一一對(duì)應(yīng)。
[0006]作為優(yōu)選，所述的下金屬電極覆蓋整個(gè)柔性基板的底面。
[0007]作為優(yōu)選，所述的柔性基板由LCP材料制成。
[0008]作為優(yōu)選，所述的柔性基板通過(guò)激光打孔制作成陣列結(jié)構(gòu)的通孔。
[0009]作為優(yōu)選，所述的柔性基板中的通孔的直徑在150微米到250微米之間，相鄰?fù)字g的而距離為0.5毫米到I毫米。
[0010]一種上述的可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量的柔性溫度傳感器的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
第一步:對(duì)柔性基板進(jìn)行激光打孔，構(gòu)成陣列式結(jié)構(gòu)的通孔；
第二步:利用層壓法將柔性基板與金屬箔粘合，金屬箔構(gòu)成下金屬電極；
第三步:在柔性基板上旋涂氧化石墨烯層，氧化石墨烯覆蓋在柔性基板的上表面，且填充柔性基板的通孔中；
第四步:進(jìn)行高溫加熱，將氧化石墨烯層還原成石墨烯層； 第五步:刮去位于柔性基板上表面的石墨烯層，位于柔性基板中的石墨烯層構(gòu)成石墨烯陣列層；
第六步:在柔性基板上表面涂上光刻膠，光刻膠位于柔性基板通孔外側(cè)；
第七步:利用磁控濺射法，在LCP基板上表面和光刻膠上表面，濺射一層金屬，形成金屬薄層；
第八步:去除光刻膠以及位于光刻膠上表面的金屬薄層，在LCP基板上表面形成上金屬電極，制成傳感器。
[0011]作為優(yōu)選，所述的柔性基板由LCP材料制成。
[0012]作為優(yōu)選，所述的第四步中，加熱溫度低于柔性基板的熔融溫度。
[0013]有益效果:與現(xiàn)有的溫度傳感器相比，本發(fā)明實(shí)施例具有以下有益效果:溫度傳感器可彎曲變形，安裝在任意形狀的物體表面，對(duì)物體表面不同位置實(shí)現(xiàn)溫度分布測(cè)量。當(dāng)溫度傳感器在外力的作用下彎曲變形的時(shí)候，石墨烯陣列層不會(huì)隨之發(fā)生彎曲變形，也就不會(huì)使得石墨烯電阻增大，很好地避免了外界因素的干擾，確保了溫度傳感器工作的可靠性。該溫度傳感器可以廣泛適用于生物醫(yī)學(xué)、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。另外，該溫度傳感器包括柔性基板、下金屬電極、石墨烯陣列層和η個(gè)上金屬電極，柔性基板中設(shè)有呈陣列式結(jié)構(gòu)的η個(gè)通孔，石墨烯陣列層中含有η個(gè)石墨烯柱體。柔性溫度傳感器中布設(shè)了多個(gè)石墨烯柱體和上金屬電極，也就相當(dāng)于布設(shè)了多個(gè)溫度傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)溫度物體表面的不同點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的傳感器的剖視圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法第一步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法第二步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法第三步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法第四步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法第五步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法第六步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法第七步的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例中制備方法第八步的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中有:柔性基板1、下金屬電極2、石墨稀陣列層3、上金屬電極4、氧化石墨稀層5、光刻膠6、金屬薄層7、石墨稀層8。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)量的柔性溫度傳感器，包括柔性基板1、下金屬電極2、石墨烯陣列層3和η個(gè)上金屬電極4。柔性基板I中設(shè)有呈陣列式結(jié)構(gòu)的η個(gè)通孔，石墨烯陣列層3中含有η個(gè)石墨烯柱體，η為整數(shù)，且n ^ 2。下金屬電極2固定連接在柔性基板I的底面，上金屬電極4固定連接在柔性基板I的頂面，且每個(gè)上金屬電極4覆蓋柔性基板I的一個(gè)通孔；石墨烯柱體位于柔性基板I的通孔中，石墨烯柱體的頂面與上金屬電極4的底面連接，石墨稀柱體的底面與下金屬電極2的頂面連接；石墨稀柱體、上金屬電極4和柔性基板I的通孔分別一一對(duì)應(yīng)。
[0018]使用上述實(shí)施例的柔性溫度傳感器時(shí)，下金屬電極2與待測(cè)物體接觸。該柔性溫度傳感器的工作過(guò)程為:待測(cè)物體表面溫度由下金屬電極2傳給石墨烯陣列層3，導(dǎo)致石墨烯陣列層3的電阻發(fā)生變化，電阻變化由下金屬電極2和上金屬電極4輸出，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)物體表面溫度的測(cè)量。根據(jù)事先對(duì)物體表面溫度與溫度敏感元件的電阻進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合標(biāo)定，獲得電阻溫度關(guān)系，然后根據(jù)實(shí)際測(cè)得的溫度敏感元件的電阻變化，得到所需測(cè)量點(diǎn)的溫度值。
[0019]上述實(shí)施例的柔性溫度傳感器中，石墨烯陣列層3中含有多個(gè)石墨烯柱體，每個(gè)石墨稀柱體及位于其上的上金屬電極4，以及下金屬電極2，構(gòu)成一個(gè)溫度傳感器，對(duì)待測(cè)溫度物體表面的一點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量。柔性溫度傳感器中布設(shè)了多個(gè)石墨烯柱體和上金屬電極4，也就相當(dāng)于布設(shè)了多個(gè)溫度傳感器，對(duì)待測(cè)溫度物體表面的不同點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量。
[0020]在許多應(yīng)用領(lǐng)域都需要對(duì)表面溫度分布不均勻的物體進(jìn)行溫度分布的測(cè)量，例如生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中在超聲切除腫瘤細(xì)胞過(guò)程中，為了避免皮膚和脂肪層的熱損傷，有必要獲得皮膚層表面的溫度場(chǎng)分布。本實(shí)施例的柔性溫度傳感器，包括柔性基板1、下金屬電極2、石墨烯陣列層3和上金屬電極4。柔性基板I和下金屬電極2具有柔性，能夠彎曲成與待測(cè)物體同樣的曲率，直接貼在待測(cè)物體表面，測(cè)量物體的溫度場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)對(duì)于溫度場(chǎng)分布不均勻的物體溫度測(cè)量。利用本實(shí)施例的柔性溫度傳感器，分別測(cè)出各石墨烯柱體的電阻值變化，繼而通過(guò)上金屬電極4和下金屬電極2輸出，實(shí)現(xiàn)測(cè)量物體表面溫度分布的目的。當(dāng)然對(duì)于表面平整的待測(cè)物體，采用本實(shí)施例的柔性溫度傳感器，也可以實(shí)現(xiàn)不同位置的溫度測(cè)量。
[0021]上述實(shí)施例的柔性溫度傳感器中，下金屬電極2、石墨烯陣列層3中的一個(gè)石墨烯柱體和位于該石墨烯柱體正上方的上金屬電極4，構(gòu)成一個(gè)溫度傳感器。每一個(gè)溫度傳感器獨(dú)立進(jìn)行工作，各個(gè)溫度傳感器之間在工作時(shí)互不影響，所以當(dāng)其中一只溫度傳感器損壞后，仍然可以使用其他溫度傳感器來(lái)替代測(cè)量。現(xiàn)在的溫度傳感器大多都是單只的，一旦損壞，溫度傳感器將不能再使用。而本專利發(fā)明的溫度傳感器陣列很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。
[0022]上述實(shí)施例的柔性溫度傳感器中，作為傳感器溫度敏感電阻的石墨烯陣列層3填充在柔性基板I的通孔中，且被下金屬電極2和上金屬電極4覆蓋。因此，石墨烯陣列層3被很好的保護(hù)起來(lái)。除此之外，該溫度傳感器其他部件不需要額外的封裝保護(hù)。本實(shí)施例的溫度傳感器具有自封裝功能。
[0023]上述實(shí)施例的柔性溫度傳感器中，上金屬電極4、下金屬電極2、柔性基板I都具有一定的柔韌性，從而使得該溫度傳感器整體具有柔韌性，可隨著被測(cè)物體表