[發明專利]一種基于石墨烯材料的熱電傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910873823.8
• 申請日: 2019-09-17
• 公開（公告）號: CN110702248B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 丁建寧;徐修祝;周小雙;袁寧一;徐江;程廣貴
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01K7/16;H05B3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于石墨烯材料的熱電傳感器，其特征在于，所述熱電傳感器依次包括第一柔性層，石墨烯熱電層和第二柔性層；所述石墨烯熱電層貼合在第一柔性層上，所述石墨烯熱電層為柵形結構，所述石墨烯熱電層的兩端設有引出端子，所述引出端子通過導線與外部電路連接；所述第二柔性層貼合在所述第一柔性層和所述石墨烯熱電層上面；所述第一柔性層的熱膨脹系數是所述第二柔性層的熱膨脹系數的10～50倍。

2.如權利要求1所述的一種基于石墨烯材料的熱電傳感器，其特征在于，所述石墨烯熱電層的柵形結構均勻分布在所述第一柔性層和所述第二柔性層之間，兩個所述引出端子位于所述石墨烯熱電層的同一端。

3.如權利要求1所述的一種基于石墨烯材料的熱電傳感器，其特征在于，所述第一柔性層的材料為聚二甲基硅氧烷，或苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，或Ecoflex，所述第二柔性層的材料為聚酰亞胺，或者聚對苯二甲酸乙二醇酯。

4.如權利要求1所述的一種基于石墨烯材料的熱電傳感器，其特征在于，所述第一柔性層的厚度為10～500μm，所述第二柔性層的厚度為15～200μm，所述石墨烯熱電層的厚度為100～600μm；兩個所述引出端子由導電銀漿制成，厚度為100～600μm；所述導線為銅箔片，厚度為100～600μm。

5.如權利要求1所述的一種基于石墨烯材料的熱電傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1、將聚二甲基硅氧烷預聚體和交聯劑按質量配比為6:1～10:1混合均勻，制備得到聚二甲基硅氧烷前驅體；或將乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物溶解到己烷中，充分攪拌，配制成柔性薄膜前驅體；或將Ecoflex的A膠和B膠混合，配制成柔性薄膜前驅體；將納米纖維素采用超聲處理使之均勻分散在去離子水中，配制成納米纖維素溶液；配置石墨烯乙醇分散液，將石墨烯乙醇分散液和納米纖維素溶液按比例混合，超聲處理，得到混合均勻的石墨烯混合液；其中納米纖維素的含量為混合液總重量的30％～60％，石墨烯的含量為混合液總重量的10％～30％；

步驟S2、制備所述第一柔性層，將制備好的聚二甲基硅氧烷預聚體滴到硅片上，放置在旋涂儀上旋涂制膜，并烘干，得到聚二甲基硅氧烷薄膜,用等離子對聚二甲基硅氧烷膜表面進行清潔處理，得到表面潔凈的聚二甲基硅氧烷薄膜；或將乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物的己烷溶液或EcoflexA膠和B膠的混合物滴到硅片上，放置在旋涂儀上旋涂制膜，并烘干，得到乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物薄膜或Ecoflex薄膜；

步驟S3、制備所述石墨烯熱電層，將帶有柵形結構的掩模模板放置在作為第一柔性層的聚二甲基硅氧烷薄膜、乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物薄膜或Ecoflex薄膜表面，將石墨烯混合液倒在掩模模板里，將硅片放入真空干燥箱中烘干，烘干后將掩模模板從聚二甲基硅氧烷薄膜、乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物薄膜或Ecoflex薄膜上剝離，然后在所述石墨烯熱電層的柵形結構兩端制作引出端子，將導線連接到引出端子上；

步驟S4、安裝所述第二柔性層，將聚酰亞胺膜或者對苯二甲酸乙二醇酯膜覆蓋在第一柔性層上，按壓聚酰亞胺膜或者聚對苯二甲酸乙二醇酯膜，最后將第一柔性層從硅片上剝離,即可獲得所述熱電傳感器。

6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中，旋涂儀的轉速為600rpm～2000rpm，旋涂時間為20s～100s，并放入真空干燥箱內，溫度設為50℃～80℃，烘干0.5h～2h。

7.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟S3中，在所述石墨烯熱電層的柵形結構兩端放上帶有方形的掩模模板，然后將導電銀漿灌在掩模模板上，取出掩模模板，并烘干導電銀漿作為引出端子，將銅箔線作為導線用導電膠連接到方形導電銀漿；步驟S3中，將所述石墨烯熱電層放入真空干燥箱內，溫度設為50℃～80℃，烘干時間為0.5h～2h。

8.如權利要求7所述的制備方法，其特征在于，用導電銀漿制作引出端子，然后放置在干燥箱內，溫度設為60℃～80℃，烘干時間為2h～8h。