[發明專利]一種基于激光加工法的柔性溫度傳感器的制備方法

在審

• 申請號: 202110301376.6
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112964380A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 徐凱臣;陸雨姚;楊賡;楊華勇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01K7/16
• 分類號: G01K7/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于激光誘導石墨烯的柔性溫度傳感器的制備方法。利用二氧化碳激光在聚酰亞胺膜表面產生多孔石墨烯；基于旋涂法將聚二甲基硅氧烷均勻覆蓋在基底表面；多次重復高溫固化聚二甲基硅氧烷，同時將多孔石墨烯固定在聚二甲基硅氧烷內部；剝離聚二甲基硅氧烷得到柔性溫度傳感器。本發明不需要復雜的物理、化學合成工藝，通過靈活控制激光掃描參數，直接在空氣氛圍中產生多孔石墨烯，并且柔性溫度傳感器的面積大小、形狀、厚度、靈敏度等，可通過激光掃描參數、旋涂工藝來精確控制。

技術領域

本發明涉及了一種溫度傳感器的制備方法，尤其是涉及了一種基于激光加工法的柔性溫度傳感器。

背景技術

柔性溫度傳感器，作為柔性器件中的關鍵元素之一，在測量人體體溫、感知外界環境變化方面發揮著至關重要的作用。相比于傳統基于硬性材料制備的溫度傳感器，柔性溫度傳感器由于其可彎曲特性，可與人體皮膚或其它不規則物體表面共形接觸，這有利于對目標物體表面溫度進行長期在線觀測。例如，柔性溫度傳感器可共形貼附于新冠病毒(COVID-19)潛在患者的表皮，來實時遠程監控體溫。另外，柔性溫度傳感器也可與智能機器人共融集成。當機器人與外界環境接觸時，溫度傳感器的溫差反饋有助于機器人的安全作業。

基于上述廣泛應用，人們開發了多種具有溫度敏感特性的導電復合物來制備柔性溫度傳感器，例如將碳納米管、石墨、金屬納米線或納米顆粒與柔性聚合物薄膜摻雜，通過聚合物的熱脹冷縮效應來實現傳感器的電阻變化，從而反推算出溫度的變化。但是，將納米材料與聚合物薄膜簡單摻雜形成的溫度傳感器性能不可控(不同批次之間)，這不利于柔性溫度傳感器的商業化應用。另外，合成納米材料也需要較為復雜的物理、化學工藝。

發明內容

針對現有技術缺陷，本發明通過二氧化碳激光加工法產生導電型多孔石墨烯薄膜，將其與聚二甲基硅氧烷(PDMS)復合來制備薄片型柔性溫度溫度傳感器。

本發明所采用的技術方案是：

1)使用二氧化碳激光作為誘導光源，聚酰亞胺膜作為前驅體，聚酰亞胺膜為基底，誘導光源聚焦在聚酰亞胺膜表面上并掃描，按照多孔石墨烯所需電極的形狀進行掃描移動，使得在聚酰亞胺膜表面直接在空氣氛圍中產生多孔石墨烯，形成樣品；

2)將步驟1)中所制備的樣品固定在旋涂儀上，隨后將聚二甲基硅氧烷(PDMS)膠體滴定覆蓋在樣品表面，然后靜置5-10分鐘使得聚二甲基硅氧烷充分滲入多孔石墨烯及其間隙，接著控制旋涂儀以階梯速度運行，最后將樣品從旋涂儀上取下放入90℃烘箱中烘烤15分鐘；

3)多次重復步驟2)精確控制樣品上覆蓋旋涂的聚二甲基硅氧烷的厚度；

4)將步驟3)獲得的樣品放置于90℃烘箱中烘烤2小時，以充分固化聚二甲基硅氧烷；

5)最后將聚二甲基硅氧烷薄膜從聚酰亞胺膜上剝離，將圖案化的多孔石墨烯帶走轉移到聚二甲基硅氧烷薄膜上，得到柔性溫度傳感器。

所述步驟1)中，誘導光源的激光功率和掃描速度的調控范圍分別為1-30W和1-100mm/s。

所述步驟1)中，二氧化碳激光的波長10.6μm。

所述步驟1)中，聚酰亞胺膜的厚度50μm。

所述步驟2)中，旋涂儀以階梯速度運行具體是，控制旋涂儀速度為500rpm，持續時間6s，隨后再將速度增加到3000rpm，持續時間為10s。

所述步驟3)中，控制聚二甲基硅氧烷的厚度達到80-200微米。

本發明特別地采用了激光生成了多孔石墨烯，并在多孔石墨烯周圍及其孔隙滲入了聚二甲基硅氧烷，使得聚二甲基硅氧烷和多孔石墨烯緊密結合，提高了檢測靈敏度。