[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

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種基于石墨烯材料的熱電傳感器，依次包括第一柔性層，石墨烯熱電層和第二柔性層，石墨烯熱電層貼合在第一柔性層上，石墨烯熱電層為柵形結構，石墨烯熱電層的兩端設有引出端子，引出端子通過導線與外部電路連接，第二柔性層貼合在第一柔性層和石墨烯熱電層上面；第一柔性層的熱膨脹系數是第二柔性層的熱膨脹系數的10～50倍，同時，本發明還提供了該熱電傳感器的制備方法。本發明的熱電傳感器具有優異的恢復性能，散熱快，響應快，結構簡單等優點。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種基于石墨烯材料的熱電傳感器及其制備方法。

背景技術

現在許多研究已經涉及電熱傳感器的開發，在結構上，熱電傳感器由三層組成，一般制備成三明治結構，即活性層和基于活性層的上下兩層襯底。在通電的情況下，活性層發熱導致其襯底發生物理特性變化。具有這種高熱導電性能的材料一般為碳系材料，如CNT，石墨烯，炭黑等。其中，石墨烯作為一種導熱系數最高的材料，經常被用于加熱膜，護眼罩等柔性器件中，石墨烯的高熱導率特性也進一步支持石墨烯作為新電子器件材料的應用前景。目前熱電傳感器存在恢復性差，散熱慢，響應滯后等缺點，所以開發具有短響應時間的低成本高靈敏度傳感器，能夠在廣泛的溫度下工作，對于環境，醫藥，制造業等的眾多應用具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術存在的恢復性差，散熱慢，響應滯后等缺陷，提供一種具有優異恢復性的，散熱快的，響應快的，結構簡單的基于石墨烯材料的熱電傳感器。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種基于石墨烯材料的熱電傳感器，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。

進一步地，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。

優選地，所述第一柔性層的材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)，或苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)，或Ecoflex，所述第二柔性層的材料為聚酰亞胺(PI)，或者聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

優選地，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。

優選地，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。

一種基于石墨烯材料的熱電傳感器制備方法，包括如下步驟：

步驟S1、將PDMS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PDMS前驅體；或將SEBS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PDMS預聚體滴到硅片上，放置在旋涂儀上旋涂制膜，并烘干，得到PDMS薄膜,用等離子對PDMS膜表面進行清潔處理，得到表面潔凈的PDMS薄膜；或將SEBS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SEBS薄膜或Ecoflex薄膜。