[發明專利]一種惰性氣體保護的高精確度柔性溫度傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202010066647.X
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111238671A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 龐繼紅;陸雨姚;楊煥;曹宇
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16;G01K1/12;C23C14/12
• 代理公司: 溫州金甌專利事務所(普通合伙) 33237
• 代理人: 陳暉

一種惰性氣體保護的高精確度柔性溫度傳感器及其制備方法，該柔性溫度傳感器在超低熱導率介質氬氣、氪氣或者氙氣的保護下，可以隔絕外界環境的干擾，即使在外界環境突變的溫度較高或較低情況下，所開發的柔性溫度傳感器仍能精確測量物體表面的溫度，由于柔性可彎曲特性，此柔性溫度傳感器可以共形貼附于皮膚表層作為可穿戴器件來精確測量溫度變化，另外，本發明公開的高確度柔性溫度傳感器，還可以形成大尺寸、高分辨率溫度傳感器陣列，具有廣泛用途。

技術領域

本發明具體涉及傳感器技術領域，具體涉及一種惰性氣體保護的高精確度柔性溫度傳感器及其制備方法。

背景技術

溫度傳感器在工業、生活中具有極其廣泛的用途，例如診斷人體體溫、測量電子器件發熱情況等等。近年來，柔性溫度傳感器由于其可穿戴特性以及可實時測量曲面物體表面溫度而被人們大量研究。然而，基于柔性薄片的溫度傳感器在測量人體或者物體表面溫度時易受外界環境干擾，導致測量精確度下降。外界環境的過冷過熱導致所測得的溫度低于或者高于實際物體或者人體表皮溫度。

針對以上問題，人們利用帶有空氣腔的熱障層保護柔性溫度傳感，來屏蔽外界環境的干擾。由于空氣具有相對較低的熱導率（0.026 Wm-1K-1），可以在一定程度上抑制溫度傳感器與外界環境的熱傳遞過程，從而提高測量精確度。但是，實驗表明，使用1.5 毫米厚的空氣腔作為熱絕緣層，在冰塊影響下，所測得物體表層的溫度與實際溫度值仍有0.2℃差別。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種惰性氣體保護的高精確度柔性溫度傳感器,包括聚酰亞胺薄膜基層，所述的聚酰亞胺薄膜基層上設有聚二甲基硅氧烷熱絕緣層，所述的聚二甲基硅氧烷熱絕緣層上具有凹陷腔體，所述的聚酰亞胺薄膜基層與聚二甲基硅氧烷熱絕緣層緊密貼合，所述的凹陷腔體與聚酰亞胺薄膜基層間形成惰性氣體腔，所述的惰性氣體腔內填充有惰性氣體，所述的惰性氣體腔內設有溫度傳感器，所述的聚酰亞胺薄膜基層上印刷制備有銀漿作為電極，所述的溫度傳感器印刷于聚酰亞胺薄膜基層上的電極上，所述的溫度傳感器上還覆蓋有用于保護溫度傳感器的聚對二甲苯薄膜。

所述的惰性氣體為氬氣、氪氣或氙氣中的一種。

所述的凹陷腔體的深度為2mm。

所述的聚酰亞胺薄膜基層的厚度為40μm。

一種惰性氣體保護的高精確度柔性溫度傳感器的制備方法，包括以下步驟：

（1）以柔性聚酰亞胺薄膜作為稱底，利用絲網印刷法在其上印刷制備銀漿作為電極，放置于90℃烘箱中烘烤1小時；

（2）將聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸（PEDOT/PSS）與碳納米管溶液進行3:1混合均勻，利用掩膜板將其印刷于步驟（1）制備的銀電極上，在70℃烘箱中烘烤1小時形成穩定的柔性溫度傳感器；

（3）利用氣象沉積法在制備的柔性溫度傳感器上沉積聚對二甲苯薄膜來保護傳感器；

（4）將聚二甲基硅氧烷（PDMS）膠體倒入3D打印的模具中，在90℃烘箱中固化2小時，從模具中剝離固化后的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膠體，獲得帶有凹陷腔體的聚二甲基硅氧烷熱絕緣層結構；

（5）將制備的帶有凹陷腔體的聚二甲基硅氧烷熱絕緣層結構與制備的柔性溫度傳感器在惰性氣體環境下緊密結合，，最終獲得由惰性氣體保護的柔性溫度傳感器。

本發明的有益效果是：本發明提供了一種惰性氣體保護的高精確度柔性溫度傳感器及其制備方法，該柔性溫度傳感器在超低熱導率介質氬氣、氪氣或者氙氣的保護下，可以隔絕外界環境的干擾，即使在外界環境突變的溫度較高或較低情況下，所開發的柔性溫度傳感器仍能精確測量物體表面的溫度，由于柔性可彎曲特性，此柔性溫度傳感器可以共形貼附于皮膚表層作為可穿戴器件來精確測量溫度變化，另外，本發明公開的高確度柔性溫度傳感器，還可以形成大尺寸、高分辨率溫度傳感器陣列，具有廣泛用途。