[發明專利]柔性溫度傳感器

有效

• 申請號: 201610606336.1
• 申請日: 2016-07-28
• 公開（公告）號: CN106017718B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 周子冠;閆廣華;曹鈺
• 申請（專利權）人: 國網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
• 主分類號: G01K7/34
• 分類號: G01K7/34
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙)14100
• 代理人: 朱源,武建云

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，特別是溫度檢測領域，具體是一種柔性溫度傳感器。

背景技術

常規溫度傳感器作為采集控制點溫度數據的專用器件, 常用的溫度傳感器種類繁多。理想的溫度傳感器，應該具有成本低廉、制備簡單和通用性強等特點。常規溫度傳感器在電力、汽車、家居、工業制造等行業具有廣泛的應用前景，但是常規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則表面的溫度檢測，存在加工成本高、流程復雜等問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種加工簡易，成本低廉的柔性溫度傳感器。

本發明是采用如下技術方案實現的：

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布置；所述上下層柔性襯底之間設置柔性溫敏絕緣層。

傳感器工作原理為，當環境溫度變化時，柔性溫敏絕緣層利用其可伸縮性會發生收縮，使得上下電極相互靠近，上下電極間的有效面積增加，器件的電容值發生變化，進而通過電容值的變化確定被測環境的溫度值。

優選的，所述上下層柔性襯底采用聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺材料制作。

所述上下電極采用金屬材料或者碳粉材料制作。

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。

柔性溫度傳感器的具體制備方法如下：

（1）、柔性襯底材料的預處理：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99：1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；

第二步，將制備的凝膠微球混入粘結相載體，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℃溫度范圍的真空干燥箱中加熱10-60min，制備完成。

優選的，步驟（1）中，所述柔性襯底材料采用聚對苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亞胺。

步驟（2）中，所述易揮發漿料采用聚酯材料。

步驟（3）中，所述粘結相載體選用松油醇、乙基纖維或者SiO₂。

本柔性溫度傳感器與現有技術相比，具有以下技術效果：

通過采用絲網印刷可實現大規模生產的目的，同時通過采用金屬材料或碳粉材料作為電極材料，一方面與絲網印刷技術兼容，另一方面達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特性。

附圖說明

圖1表示本發明的結構示意圖。

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。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施例進行詳細說明。

一種柔性溫度傳感器，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1和下層柔性襯底2，所述上層柔性襯底1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間隔相對布置；所述上下層柔性襯底1、2之間設置柔性溫敏絕緣層5。

上下層柔性襯底：主要可以采用聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）或者聚酰亞胺（PI）等具有較好柔韌性及絕緣性的材料。

電極主要采用金屬材料（如導電銀漿）或碳粉材料，配以易揮發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，電極結構采用叉指形狀，電極通過采用納米壓印或者絲網印刷的方式制備于襯底之上。壓印模具或網印模板線條寬度根據所需要加工的柔性溫度傳感器電極尺寸而定。

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。

具體制作方法如下：