柔性温度传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型柔性温度传感器。该温度传感器包括：上下层衬底；置于衬底上的电极；电极之间的温度敏感材料。该温度传感器采用柔性衬底，电极材料采用金属材料或碳粉材料加工而成，电极加工方法采用丝网印刷方式，可实现该类器件大规模批量化生产的目的。本发明提出的新型柔性温度传感器具有可大规模制造，可测量不规则表面的温度等优点。
【专利说明】
柔性温度传感器
技术领域
[0001]本发明属于传感器技术领域，特别是温度检测领域，具体是一种柔性温度传感器。
【背景技术】
[0002]常规温度传感器作为采集控制点温度数据的专用器件，常用的温度传感器种类繁多。理想的温度传感器，应该具有成本低廉、制备简单和通用性强等特点。常规温度传感器在电力、汽车、家居、工业制造等行业具有广泛的应用前景，但是常规温度传感器大都基于硬性的支撑衬底，不适用于大面积或不规则表面的温度检测，存在加工成本高、流程复杂等问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种加工简易，成本低廉的柔性温度传感器。
[0004]本发明是采用如下技术方案实现的:
一种柔性温度传感器，包括上层柔性衬底和下层柔性衬底，所述上层柔性衬底上分布有上电极，所述下层柔性衬底上分布下电极，所述上电极和下电极间隔相对布置;所述上下层柔性衬底之间设置柔性温敏绝缘层。
[0005]传感器工作原理为，当环境温度变化时，柔性温敏绝缘层利用其可伸缩性会发生收缩，使得上下电极相互靠近，上下电极间的有效面积增加，器件的电容值发生变化，进而通过电容值的变化确定被测环境的温度值。
[0006]优选的，所述上下层柔性衬底采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺材料制作。
[0007 ]所述上下电极采用金属材料或者碳粉材料制作。
[0008]所述柔性温敏绝缘层采用聚N-异丙基丙烯酰胺掺杂纳米铜作为温敏材料制作。
[0009]柔性温度传感器的具体制备方法如下:
(I )、柔性衬底材料的预处理:首先将上下层柔性衬底先后采用乙醇及水在超声模式下清洗后烘干；
(2)、采用金属材料或碳粉材料，配以易挥发浆料作为粘连材料，制备出上下电极；
将上下电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式分别制备于上下层柔性衬底之上；
(3)、温度敏感材料的制备:
第一步，采用N-异丙烯酰胺NIPAM单体，将NIPAM单体同纳米铜按照99: I的比例混合，加入N，N-甲基双丙烯酰胺试剂，制备出混有纳米铜的聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶微球；
第二步，将制备的凝胶微球混入粘结相载体，在磁力搅拌器中搅拌均匀，制备出温敏浆料；
(4)、将温敏浆料置于上下层衬底之间，电极埋于温敏浆料中；器件置于60-120°C温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，制备完成。
[0010]优选的，步骤(I)中，所述柔性衬底材料采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺。
[0011]步骤(2)中，所述易挥发浆料采用聚酯材料。
[0012]步骤(3)中，所述粘结相载体选用松油醇、乙基纤维或者Si02。
[0013]本柔性温度传感器与现有技术相比，具有以下技术效果:
通过采用丝网印刷可实现大规模生产的目的，同时通过采用金属材料或碳粉材料作为电极材料，一方面与丝网印刷技术兼容，另一方面达到降低电极材料成本的目的。通过采用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)掺杂纳米铜作为温敏材料，可以有效提高器件的温度敏感特性，提升器件的灵敏度和响应特性。
【附图说明】
[0014I图1表示本发明的结构示意图。
[0015]图中，1-上层柔性衬底，2-下层柔性衬底，3-上电极，4-下电极，5-柔性温敏绝缘层。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
[0017]—种柔性温度传感器，该器件主要包含上下层衬底、置于衬底上的电极及电极之间的柔性绝缘材料。如图1所示，具体为，包括上层柔性衬底I和下层柔性衬底2，所述上层柔性衬底I上分布有上电极3，所述下层柔性衬底2上分布下电极4，所述上电极3和下电极4间隔相对布置;所述上下层柔性衬底1、2之间设置柔性温敏绝缘层5。
[0018]上下层柔性衬底:主要可以采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亚胺(PI)等具有较好柔韧性及绝缘性的材料。
[0019]电极主要采用金属材料(如导电银浆)或碳粉材料，配以易挥发浆料作为粘连材料制作。电极位于衬底之上，并与衬底紧密接触，电极结构采用叉指形状，电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式制备于衬底之上。压印模具或网印模板线条宽度根据所需要加工的柔性温度传感器电极尺寸而定。
[0020]温度敏感层采用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)掺杂纳米铜作为温敏材料，纳米铜材料占比低于聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)材料。
[0021 ]具体制作方法如下:
I)、柔性衬底材料的预处理:首先将柔性衬底材料(聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET )或者聚酰亚胺(PI)先后采用乙醇及水在超声模式下清洗5分钟，然后将衬底材料烘干。
[0022]2)、电极采用金属材料或碳粉材料加工而成，金属或碳粉颗粒的直径尺寸小于10微米，同时该电极材料需配以易挥发浆料作为粘连材料，易挥发浆料采用聚酯材料。电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式制备于衬底之上。
[0023]3)、温度敏感材料的制备:
采用聚1异丙基丙稀酰胺(？017(1'|-18?1'0?713(^713111)，PNIPAM)掺杂纳米铜作为温敏材料，作为柔性温度传感器的介质材料，当温度变化时，柔性可伸缩绝缘层会发生收缩，使得上下电极相互靠近，上下电极间的有效面积增加，器件的电容值发生变化，进而通过电容值的变化确定作用的温度值。
[0024]其中，温敏材料的制备步骤:
第一步，采用N-异丙稀酰胺(N-1sopropylacryla，NIPAM)单体，将NIPAM同纳米铜按照99:1的比例混合，加入N，N-甲基双丙烯酰胺试剂，制备出混有纳米铜的聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶微球。
[0025]第二步，将制备的凝胶微球混入松油醇、乙基纤维、S12等粘结相载体，在磁力搅拌器中搅拌20分钟，搅拌均匀，制备出温敏浆料。
[0026]4)、将温敏浆料置于上下层衬底之间，电极埋于温敏浆料中。器件置于60_120°C温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，以挥发部分浆料的粘连材料。
[0027]器件完成之后，需进行封装测试工作，加工的器件可应用于不规则表面温度检测特定场景。
[0028]柔性温敏绝缘层作为柔性温度传感器的介质材料，当温度变化时，柔性可伸缩绝缘层会发生收缩，使得上下电极相互靠近，上下电极间的有效面积增加，器件的电容值发生变化，进而通过电容值的变化确定作用的温度值。柔性温度传感器具有可大规模制造，可测量不规则表面的温度等优点。
[0029]对本发明公开的柔性温度传感器结构，文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种柔性温度传感器，其特征在于:包括上层柔性衬底(I)和下层柔性衬底(2)，所述上层柔性衬底(I)上分布有上电极(3)，所述下层柔性衬底(2)上分布下电极(4)，所述上电极(3)和下电极(4)间隔相对布置;所述上下层柔性衬底(1、2)之间设置柔性温敏绝缘层(5)02.根据权利要求1所述的柔性温度传感器，其特征在于:所述上下层柔性衬底(1、2)采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺材料制作。3.根据权利要求1所述的柔性温度传感器，其特征在于:所述上下电极(3、4)采用金属材料或者碳粉材料制作。4.根据权利要求1所述的柔性温度传感器，其特征在于:所述柔性温敏绝缘层(5)采用聚N-异丙基丙烯酰胺掺杂纳米铜作为温敏材料制作。5.一种柔性温度传感器的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)、柔性衬底材料的预处理:首先将上下层柔性衬底先后采用乙醇及水在超声模式下清洗后烘干； (2)、采用金属材料或碳粉材料，配以易挥发浆料作为粘连材料，制备出上下电极； 将上下电极通过采用纳米压印或者丝网印刷的方式分别制备于上下层柔性衬底之上； (3)、温度敏感材料的制备: 第一步，采用N-异丙烯酰胺NIPAM单体，将NIPAM单体同纳米铜按照99: I的比例混合，加入N，N-甲基双丙烯酰胺试剂，制备出混有纳米铜的聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶微球； 第二步，将制备的凝胶微球混入粘结相载体，在磁力搅拌器中搅拌均匀，制备出温敏浆料； (4)、将温敏浆料置于上下层衬底之间，电极埋于温敏浆料中；器件置于60-120°C温度范围的真空干燥箱中加热10-60min，制备完成，封装即可。6.根据权利要求5所述的柔性温度传感器的制备方法，其特征在于:步骤(I)中，所述柔性衬底材料采用聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚酰亚胺。7.根据权利要求5所述的柔性温度传感器的制备方法，其特征在于:步骤(2)中，所述易挥发浆料采用聚酯材料。8.根据权利要求5所述的柔性温度传感器的制备方法，其特征在于:步骤(3)中，所述粘结相载体选用松油醇、乙基纤维或者Si02。
【文档编号】G01K7/34GK106017718SQ201610606336
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月28日
【发明人】周子冠, 闫广华, 曹钰
【申请人】国网山西省电力公司忻州供电公司, 中科鼎源（北京）科技有限公司