柔性溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型柔性溫度傳感器。該溫度傳感器包括：上下層襯底；置于襯底上的電極；電極之間的溫度敏感材料。該溫度傳感器采用柔性襯底，電極材料采用金屬材料或碳粉材料加工而成，電極加工方法采用絲網(wǎng)印刷方式，可實(shí)現(xiàn)該類器件大規(guī)模批量化生產(chǎn)的目的。本發(fā)明提出的新型柔性溫度傳感器具有可大規(guī)模制造，可測(cè)量不規(guī)則表面的溫度等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
柔性溫度傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是溫度檢測(cè)領(lǐng)域，具體是一種柔性溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)溫度傳感器作為采集控制點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)的專用器件，常用的溫度傳感器種類繁多。理想的溫度傳感器，應(yīng)該具有成本低廉、制備簡(jiǎn)單和通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。常規(guī)溫度傳感器在電力、汽車、家居、工業(yè)制造等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景，但是常規(guī)溫度傳感器大都基于硬性的支撐襯底，不適用于大面積或不規(guī)則表面的溫度檢測(cè)，存在加工成本高、流程復(fù)雜等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種加工簡(jiǎn)易，成本低廉的柔性溫度傳感器。
[0004]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種柔性溫度傳感器，包括上層柔性襯底和下層柔性襯底，所述上層柔性襯底上分布有上電極，所述下層柔性襯底上分布下電極，所述上電極和下電極間隔相對(duì)布置;所述上下層柔性襯底之間設(shè)置柔性溫敏絕緣層。
[0005]傳感器工作原理為，當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，柔性溫敏絕緣層利用其可伸縮性會(huì)發(fā)生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發(fā)生變化，進(jìn)而通過電容值的變化確定被測(cè)環(huán)境的溫度值。
[0006]優(yōu)選的，所述上下層柔性襯底采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺材料制作。
[0007 ]所述上下電極采用金屬材料或者碳粉材料制作。
[0008]所述柔性溫敏絕緣層采用聚N-異丙基丙烯酰胺摻雜納米銅作為溫敏材料制作。
[0009]柔性溫度傳感器的具體制備方法如下:
(I )、柔性襯底材料的預(yù)處理:首先將上下層柔性襯底先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗后烘干；
(2)、采用金屬材料或碳粉材料，配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，制備出上下電極；
將上下電極通過采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式分別制備于上下層柔性襯底之上；
(3)、溫度敏感材料的制備:
第一步，采用N-異丙烯酰胺NIPAM單體，將NIPAM單體同納米銅按照99: I的比例混合，加入N，N-甲基雙丙烯酰胺試劑，制備出混有納米銅的聚N-異丙基丙烯酰胺凝膠微球；
第二步，將制備的凝膠微球混入粘結(jié)相載體，在磁力攪拌器中攪拌均勻，制備出溫敏漿料；
(4)、將溫敏漿料置于上下層襯底之間，電極埋于溫敏漿料中；器件置于60-120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，制備完成。
[0010]優(yōu)選的，步驟(I)中，所述柔性襯底材料采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺。
[0011]步驟(2)中，所述易揮發(fā)漿料采用聚酯材料。
[0012]步驟(3)中，所述粘結(jié)相載體選用松油醇、乙基纖維或者Si02。
[0013]本柔性溫度傳感器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
通過采用絲網(wǎng)印刷可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的目的，同時(shí)通過采用金屬材料或碳粉材料作為電極材料，一方面與絲網(wǎng)印刷技術(shù)兼容，另一方面達(dá)到降低電極材料成本的目的。通過采用聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)摻雜納米銅作為溫敏材料，可以有效提高器件的溫度敏感特性，提升器件的靈敏度和響應(yīng)特性。
【附圖說明】
[0014I圖1表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖中，1-上層柔性襯底，2-下層柔性襯底，3-上電極，4-下電極，5-柔性溫敏絕緣層。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0017]—種柔性溫度傳感器，該器件主要包含上下層襯底、置于襯底上的電極及電極之間的柔性絕緣材料。如圖1所示，具體為，包括上層柔性襯底I和下層柔性襯底2，所述上層柔性襯底I上分布有上電極3，所述下層柔性襯底2上分布下電極4，所述上電極3和下電極4間隔相對(duì)布置;所述上下層柔性襯底1、2之間設(shè)置柔性溫敏絕緣層5。
[0018]上下層柔性襯底:主要可以采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亞胺(PI)等具有較好柔韌性及絕緣性的材料。
[0019]電極主要采用金屬材料(如導(dǎo)電銀漿)或碳粉材料，配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料制作。電極位于襯底之上，并與襯底緊密接觸，電極結(jié)構(gòu)采用叉指形狀，電極通過采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式制備于襯底之上。壓印模具或網(wǎng)印模板線條寬度根據(jù)所需要加工的柔性溫度傳感器電極尺寸而定。
[0020]溫度敏感層采用聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)摻雜納米銅作為溫敏材料，納米銅材料占比低于聚N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAM)材料。
[0021 ]具體制作方法如下:
I)、柔性襯底材料的預(yù)處理:首先將柔性襯底材料(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET )或者聚酰亞胺(PI)先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗5分鐘，然后將襯底材料烘干。
[0022]2)、電極采用金屬材料或碳粉材料加工而成，金屬或碳粉顆粒的直徑尺寸小于10微米，同時(shí)該電極材料需配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，易揮發(fā)漿料采用聚酯材料。電極通過采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式制備于襯底之上。
[0023]3)、溫度敏感材料的制備:
采用聚1異丙基丙稀酰胺(？017(1'|-18?1'0?713(^713111)，PNIPAM)摻雜納米銅作為溫敏材料，作為柔性溫度傳感器的介質(zhì)材料，當(dāng)溫度變化時(shí)，柔性可伸縮絕緣層會(huì)發(fā)生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發(fā)生變化，進(jìn)而通過電容值的變化確定作用的溫度值。
[0024]其中，溫敏材料的制備步驟:
第一步，采用N-異丙稀酰胺(N-1sopropylacryla，NIPAM)單體，將NIPAM同納米銅按照99:1的比例混合，加入N，N-甲基雙丙烯酰胺試劑，制備出混有納米銅的聚N-異丙基丙烯酰胺凝膠微球。
[0025]第二步，將制備的凝膠微球混入松油醇、乙基纖維、S12等粘結(jié)相載體，在磁力攪拌器中攪拌20分鐘，攪拌均勻，制備出溫敏漿料。
[0026]4)、將溫敏漿料置于上下層襯底之間，電極埋于溫敏漿料中。器件置于60_120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，以揮發(fā)部分漿料的粘連材料。
[0027]器件完成之后，需進(jìn)行封裝測(cè)試工作，加工的器件可應(yīng)用于不規(guī)則表面溫度檢測(cè)特定場(chǎng)景。
[0028]柔性溫敏絕緣層作為柔性溫度傳感器的介質(zhì)材料，當(dāng)溫度變化時(shí)，柔性可伸縮絕緣層會(huì)發(fā)生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發(fā)生變化，進(jìn)而通過電容值的變化確定作用的溫度值。柔性溫度傳感器具有可大規(guī)模制造，可測(cè)量不規(guī)則表面的溫度等優(yōu)點(diǎn)。
[0029]對(duì)本發(fā)明公開的柔性溫度傳感器結(jié)構(gòu)，文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想;所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性溫度傳感器，其特征在于:包括上層柔性襯底(I)和下層柔性襯底(2)，所述上層柔性襯底(I)上分布有上電極(3)，所述下層柔性襯底(2)上分布下電極(4)，所述上電極(3)和下電極(4)間隔相對(duì)布置;所述上下層柔性襯底(1、2)之間設(shè)置柔性溫敏絕緣層(5)02.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性溫度傳感器，其特征在于:所述上下層柔性襯底(1、2)采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺材料制作。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性溫度傳感器，其特征在于:所述上下電極(3、4)采用金屬材料或者碳粉材料制作。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性溫度傳感器，其特征在于:所述柔性溫敏絕緣層(5)采用聚N-異丙基丙烯酰胺摻雜納米銅作為溫敏材料制作。5.一種柔性溫度傳感器的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)、柔性襯底材料的預(yù)處理:首先將上下層柔性襯底先后采用乙醇及水在超聲模式下清洗后烘干； (2)、采用金屬材料或碳粉材料，配以易揮發(fā)漿料作為粘連材料，制備出上下電極； 將上下電極通過采用納米壓印或者絲網(wǎng)印刷的方式分別制備于上下層柔性襯底之上； (3)、溫度敏感材料的制備: 第一步，采用N-異丙烯酰胺NIPAM單體，將NIPAM單體同納米銅按照99: I的比例混合，加入N，N-甲基雙丙烯酰胺試劑，制備出混有納米銅的聚N-異丙基丙烯酰胺凝膠微球； 第二步，將制備的凝膠微球混入粘結(jié)相載體，在磁力攪拌器中攪拌均勻，制備出溫敏漿料； (4)、將溫敏漿料置于上下層襯底之間，電極埋于溫敏漿料中；器件置于60-120°C溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，制備完成，封裝即可。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性溫度傳感器的制備方法，其特征在于:步驟(I)中，所述柔性襯底材料采用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性溫度傳感器的制備方法，其特征在于:步驟(2)中，所述易揮發(fā)漿料采用聚酯材料。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的柔性溫度傳感器的制備方法，其特征在于:步驟(3)中，所述粘結(jié)相載體選用松油醇、乙基纖維或者Si02。
【文檔編號(hào)】G01K7/34GK106017718SQ201610606336
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月28日
【發(fā)明人】周子冠, 閆廣華, 曹鈺
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)山西省電力公司忻州供電公司, 中科鼎源（北京）科技有限公司