[發(fā)明專利]溫度傳感器及其制備方法及應(yīng)用溫度傳感器的感測裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010598521.7
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111964800A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳進(jìn);韋耀銘;吳子軒
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16;G01K15/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 戴濤

本發(fā)明涉及溫度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及溫度傳感器及其制備方法及應(yīng)用溫度傳感器的感測裝置，包括有襯底、熱敏材料、電極以及微加熱器，所述電極設(shè)于襯底上，所述微加熱器設(shè)于襯底下，所述熱敏材料設(shè)于電極上。提供溫度傳感器的制備方法，制作出具有自校準(zhǔn)和表征功能、實(shí)現(xiàn)原位自加熱的溫度傳感器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及溫度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及溫度傳感器及其制備方法及應(yīng)用溫度傳感器的感測裝置。

背景技術(shù)

溫度傳感器在人體健康監(jiān)測、制造工業(yè)和生物醫(yī)藥等多個領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，人體體溫是身體機(jī)能的一項重要指標(biāo)，它往往反映了組織或器官是否處于正常水平。現(xiàn)實(shí)生活中，極小的溫度變化(如0.1℃)往往預(yù)示著潛在的異常情況，所以，開發(fā)可監(jiān)測極小程度溫度變化的傳感器對人體健康監(jiān)測和實(shí)際生活具有重要意義。目前報道了基于多種熱敏材料的溫度傳感器，如金屬、無機(jī)陶瓷材料、導(dǎo)電聚合物、碳納米管(CNTs)和石墨烯等，它們具有較高的熱靈敏度，如CN109632121A公開的一種基于導(dǎo)電通孔的溫度傳感器封裝結(jié)構(gòu)及制備方法，該溫度傳感器通過在襯底上集成相關(guān)部件，形成測量精度高、響應(yīng)速度快的溫度傳感器。但實(shí)際應(yīng)用中，在進(jìn)行校準(zhǔn)時，現(xiàn)今的溫度傳感器需要使用體積龐大的外部加熱箱或加熱板，這不僅造成大功耗、高成本的問題，還增加了潛在的安全隱患，降低了生產(chǎn)效率。同時，在需要高溫工作條件的器件中，加熱器往往是在溫度傳感器制造完成后通過外加金屬絲來實(shí)現(xiàn)，這增加了結(jié)構(gòu)和工藝的復(fù)雜性，也導(dǎo)致溫度傳感器體積和功耗的增加。因此，如何在不損害性能的情況下將溫度傳感器與加熱器微型化、優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、簡化工藝流程，是當(dāng)前仍未解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的溫度傳感器的加熱器小型化的問題，提供溫度傳感器及其制備方法及應(yīng)用溫度傳感器的感測裝置，微加熱器集成到溫度傳感器上，具有自校準(zhǔn)和表征的功能，實(shí)現(xiàn)原位自加熱。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種溫度傳感器，其中，包括有襯底、熱敏材料、電極以及微加熱器，電極設(shè)于襯底上，微加熱器設(shè)于襯底下，熱敏材料設(shè)于電極上。

本方案中，電極設(shè)于襯底上，微加熱器設(shè)于襯底下，熱敏材料設(shè)于電極上。待測溫度的變化會導(dǎo)致熱敏材料中載流子濃度發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致電流發(fā)生變化。待測溫度升高時，載流子受到激活，濃度升高，電流增大，待測溫度降低時，載流子激活程度減弱，濃度降低，電流減小，通過電流的變化對溫度進(jìn)行測量。加熱器用于校準(zhǔn)和表征溫度傳感器，微加熱器在直流電源的激勵下，由于焦耳效應(yīng)供熱，因而實(shí)現(xiàn)對熱敏材料的加熱，達(dá)到所需溫度進(jìn)而對溫度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。

在一個實(shí)施方式中，微加熱器包括蛇形加熱絲和接觸墊，蛇形加熱絲與接觸墊連接。微加熱器的蛇形加熱絲能增加微加熱器的加熱面積，有效的對設(shè)于微加熱器上的電極進(jìn)行加熱。

在一個實(shí)施方式中，電極為叉指電極。

在一個實(shí)施方式中，熱敏材料為石墨烯。在溫度升高時，電荷載流子受到熱激活，影響流經(jīng)石墨烯的電流，從而產(chǎn)生電學(xué)信號，形成石墨烯對待測溫度的響應(yīng)。

在一個實(shí)施方式中，襯底由液晶聚合物或者表面生長有二氧化硅的硅片構(gòu)成。液晶聚合物具備良好的柔性，在彎曲變形狀態(tài)下，襯底上的溫度傳感器依然能穩(wěn)定工作。

一種感測裝置，溫度傳感器。

優(yōu)選地，還包括有報警器，報警器與溫度傳感器連接。報警器與溫度傳感器連接，溫度傳感器感測到的溫度超過閾值時，可以通過報警器進(jìn)行報警。

一種溫度傳感器的制備方法，其中，包括有以下步驟：

S1：采用微波等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積方法制備分散液；

高溫條件下，將混合氣體通入反應(yīng)室，在等離子體的輔助下，在金屬基底上沉積得到三維多孔石墨烯，隨后將三維多孔石墨烯分散在溶液中，經(jīng)超聲分散、離心后形成分散液，金屬基底用于催化三維多孔石墨烯的形成；