柔性液晶温度传感器及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于医疗诊断/鉴定设备，特别是一种柔性液晶温度传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002]人体的温度分布具有一定的稳定性和特征性，机体各部位的温度不同，形成不同的热场。当人体供血器官，皮肤肌肉组织或者血管发生疾病或功能改变时，血管的血流量会发生变化，导致血管附近皮肤局部温度的改变。而皮肤肌肉组织出现伤口及发炎的状况也会引起温度的变化。根据这一原理，技术人员设计了多种可以测量皮肤温度的传感器，例如红外热像仪、柔性电子皮肤等，以此来推断和监控病变的来源与过程
红外热像仪的精度较高，但是其成本也非常高，难以在临床和日常生活广泛应用。柔性电子皮肤的结构有多种形式，常见的包括金属薄膜电阻阵列温度传感器。金属薄膜电阻温度传感器需要与外部供源电路连接并使用精密测量仪器进行数据分析，而不适于日常使用，而且其器件面积和密度受传统光科技术限制无法对温度测绘达到较高空间分辨率。而现有热变色液晶贴膜产品的结构主要包括七层，包括聚酯层、印刷字体层，热变色液晶层、吸收层、粘性材料基底层和纸质载体层。在使用时，将其贴在皮肤表面进行测量，根据目测液晶颜色所处位置判断温度高低。由于其厚度为75~125微米，材料透气性较差，容易造成热量和水分的聚集，从而精度较差，准确度仅为0.6°C。同时，其力学性质较差，只能实现一定的可弯曲性并只能用在较平的皮肤如额头等位置，在人体很多关节或者曲面位置则不适宜使用。
【发明内容】
[0003]发明目的:一个目的是提供一种柔性液晶温度传感器，以解决现有技术存在的至少一个问题。进一步的目的是提供一种制作上述柔性液晶温度传感器的方法。
[0004]技术方案:一种柔性液晶温度传感器，包括吸收层、位于所述吸收层一侧的热变液晶阵列、覆盖所述热变液晶阵列的弹性体材料层，以及位于吸收层另一侧的电阻加热层。
[0005]在进一步的实施例中，所述吸收层为混合有黑色氧化铁粉末的弹性体材料，弹性体材料包括聚二甲基硅氧烷。所述电阻加热层包括蛇形电阻加热器和蛇形导线。所述吸收层的厚度为20微米，所述热变液晶阵列的高度为25微米，所述弹性体材料层为30微米。
[0006]在其他实施例中，所述柔性液晶温度传感器还包括粘附本体，所述粘附本体具有一镂空部，所述柔性液晶温度传感器位于所述镂空部，柔性液晶温度传感器的边缘与粘附本体固定连接。
[0007]进一步的，本发明还公开了一种柔性液晶温度传感器的制造方法，包括如下步骤:
步骤1、将弹性体材料与黑色氧化铁粉末混合，用匀胶机在承载板上涂布黑色吸收层并烤干； 步骤2、用带有柱状阵列的印章蘸上热变液晶墨水液体并风干，
步骤3、用热释放胶粘起液晶阵列，并贴于所述黑色吸收层的一面，升高温度，使热释放胶脱离液晶阵列，用匀胶机在液晶阵列一侧旋涂一层弹性体材料层；
步骤4、制备无线电加热层，并将其转移至黑色吸收层的另一面。
[0008]在进一步的实施例中，所述步骤4中制备无线电加热层的具体过程为:
步骤41、用匀胶机在硅片表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯，烤干，继续旋涂一层聚酰亚胺，烤干；
步骤42、蒸镀钛和金，利用光刻显影和湿法刻蚀法得到蛇形电阻加热器；
步骤43、蒸镀钛/铜/钛/金，利用光刻显影和湿法刻蚀法得到蛇形导线和可焊接电路的电极；
步骤44、旋涂一层聚酰亚胺，烤干，利用光刻显影和湿法刻蚀法将整个器件封装，得到由聚酰亚胺包裹金属线的电阻加热器；
步骤45、在丙酮中溶解聚甲基丙烯酸甲酯，将电阻加热器转移到水溶性胶带，蒸镀上钛和二氧化硅。
[0009]步骤41中，聚甲基丙烯酸甲酯的厚度为100纳米，步骤42中钛和金的厚度分别为5纳米和50纳米，步骤43中，钛/铜/钛/金的厚度分别为10纳米，500纳米，10纳米和20纳米，步骤45中，钛和二氧化硅的厚度分别为5纳米和30纳米。所述蛇形电阻加热器的电阻为800~1200欧姆。
[0010]实施本发明具有以下有益效果:本发明具有精度高、成本低、透气性好和厚度薄等优势，可以紧贴于皮肤，可用于曲率较高的皮肤表面，且在使用时间较长的情况下不会导致皮肤含水量增加和温度积累。另外，本发明数据采集简单，可以快速测绘皮肤的温度分布；在需要的情况下，可通过连接可拆卸电池对电阻器进行加热，从而根据皮肤导热率推算皮肤的含水量；也可以将电阻器置于血管上面，在加热后对于血管附近皮肤散热性质进行分析而推测血流速度和方向。
[0011]本产品可应用于医疗行业日常生活中的体温及皮肤含水量的监测，也可作为医院环境中对特殊病人(如皮下脂肪过厚等)进行动脉静脉的定位注射，或者通过实行动脉血管血液阻断回流时间测试来辅助医生对病人心脏工作状况的诊断以及分析血管血流方向与速度等性质。
【附图说明】
[0012]图1a和图1b是本发明柔性液晶温度传感器的结构示意图。
[0013]图2a至2d是本发明实际工作过程和效果示意图。
[0014]图3是本发明电阻器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]如图1a所示，本发明的柔性液晶温度传感器，主要包括吸收层la、位于吸收层一侧的热变液晶阵列lb、覆盖热变液晶阵列的弹性体材料层lc，以及位于吸收层另一侧的电阻加热层Id。
[0016]在使用时，热变液晶阵列在不同的温度(33_38°C)下显示不同的颜色，利用计算机采集颜色数据，并将其与数据库中的数据对比分析，可以获得温度数据。该实施例与现有技术对比而言，其层数明显减少，所选衬底材料力学性质明显更优，因此可以将产品做得更薄更柔软。产品越薄，其粘附于皮肤的能力越好，因此不仅可以用于平整皮肤处的使用，还可以用于非平整皮肤处。
[0017]具体地，吸收层为混合有黑色氧化铁粉末的弹性体材料，弹性体材料包括聚二甲基硅氧烷或类似化合物，具体可以根据要求和物质的参数确定。所述电阻加热层包括蛇形电阻加热器和蛇形导线。电阻电加热层在由电池供电后，会产生热量，热量从中间向四周扩散，扩散形式与皮肤热导率密切相关。如果在不同含水量的皮肤上使用，则可以根据皮肤导热率计算含水量，具体过程在下文详述。
[0018]在某个具体的产品中，吸收层的厚度约为20微米，热变液晶阵列的高度为约25微米，弹性体材料层约为30微米。其他层的厚度以纳米计，因此产品的整体厚度为50微米左右，远小于现有产品平均100微米的厚度。由于材料的改变，其杨氏模量与现有产品相比降低千倍以上，可拉伸性也由不可拉伸提高为可拉伸200%。
[0019]转到图lb，在进一步的实施例中，柔性液晶温度传感器还包括粘附本体2，所述粘附本体2具有一镂空部，所述柔性液晶温度传感器I位于所述镂空部，柔性液晶温度传感器的边缘与粘附本体固定连接。由于本产品非常柔软超薄，导致范德华作用力很强，如果单独使用，则可能缩卷成一团。为了方便穿戴和摘取，在原有结构上加了粘附本体(例如医用胶带等)，将方形医用胶带中间镂空，将柔软的本产品的边缘贴于胶带，中间镂空处则是布满液晶点的器件，而胶带则保护器件边缘，在使用中揭取胶带即可。
[0020]描述本发明柔性液晶温度传感器的制造方法。
[0021]步骤1、将弹性体材料与黑色氧化铁粉末混合，用匀胶机在承载板上涂布黑色吸收层并烤干；
步骤2、用带有柱状阵列的印章101蘸上热变液晶墨水液体102并风干，
步骤3、用热释放胶粘104起液晶阵列，并贴于所述黑色吸收层的一面，升高温度，使热释放胶104脱离液晶阵列，用匀胶机在液晶阵列一侧旋涂一层弹性体材料层；
步骤4、制备电阻加热层，并将其转移至黑色吸收层的另一面。
[0022]在进一步的实施例中，所述步骤4中制备电阻加热层的具体过程为:
步骤41、用匀胶机在硅片表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯，烤干，继续旋涂一层聚酰亚胺，烤干；
步骤42、蒸镀钛和金，利用光刻显影和湿法刻蚀法得到蛇形电阻加热器；
步骤43、蒸镀钛/铜/钛/金，利用光刻显影和湿法刻蚀法得到蛇形导线；
步骤44、旋涂一层聚酰亚胺，烤干，利用光刻显影和湿法刻蚀法将整个器件封装，得到由聚酰亚胺包裹金属线的电阻加热器；
步骤45、在丙酮中溶解聚甲基丙烯酸甲酯，将电阻加热器转移到水溶性胶带，蒸镀上钛和二氧化硅。
[0023]在进一步的实施例中，步骤41中，聚甲基丙烯酸甲酯的厚度为100纳米，步骤42中钛和金的厚度分别为5纳米和50纳米，步骤43中，钛和铜的厚度分别为10纳米，500纳米，10纳米和20纳米，步骤45中，钛和二氧化硅的厚度分别为5纳米和30纳米。
[0024]在进一步的实施例中，所述蛇形电阻加热器的电阻为800~1200欧姆，优选为1000欧姆。
[0025]某个实施工艺的具体参数如下:
首先混合弹性体材料聚(二甲基娃氧烧)Poly (dimethylsiloxane)40:1和黑色的氧化铁粉末，使用勾胶机在聚对苯二甲酸乙二醇酯Poly (ethyleneterephlatate)承载体上得到20微米的黑色吸收层并烤干。
[0026]使用具有矩形柱状阵列(每个柱的大小为250微米x250微米)面积为15平方厘米的PDMS印章，蘸上一层还是液体的热变液晶墨水并风干，最后印章柱子上的液晶点的厚度为25微米。
[0027]用热释放胶带将液晶阵列粘起来，并贴到黑色吸收层上，在温度升高到90°C后，热释放胶带将自动脱离液晶阵列，此时液晶阵列被转移到黑色吸收层上。混合透明的弹性体材料聚(二甲基娃氧烧)Poly (dimethylsiloxane) 40:1，并用勾胶机旋涂在厚度为30微米的透明保护层在液晶阵列表面并烤干。
[0028]通过匀胶机将一层100纳米左右的聚甲基丙烯酸甲酯poly (methylmethacrylate)旋涂在娃片表面烤干并继续旋涂一层polyimide薄膜烤干，在此之上蒸镀钛(5纳米)和金(50纳米)，通过光刻显影和湿法刻蚀的方法得到电阻为1000欧姆左右的蛇形电阻加热器，在此之上蒸镀钛(20纳米)铜(500纳米)钛(10纳米)金(20纳米)并通过光刻显影和湿法刻蚀的方法得到电阻很小的蛇形导线及电极，最后旋涂一层聚酰亚胺polyimide烤干并再次使用光刻显影和湿法刻蚀的方法将整个器件封装而仅仅暴露电极得到由聚酰亚胺polyimide包裹金属线的电阻加热器。
[0029]通过在丙酮中溶解聚甲基丙稀酸甲酯poly (methylmethacrylate)将电子器件转移到