可拉伸温度传感器及其制备方法、器件和设备

本发明是关于电子设备技术，特别是关于一种可拉伸温度传感器及其制备方法、器件和设备。

背景技术：

1、随着智慧物联时代的到来，智慧生活、大健康为主题的可穿戴电子和表皮电子日益成为社会关注热点。而柔性薄膜温度传感器具有轻、薄、柔的特点，可与人体皮肤或不规则表面进行共形接触，在测量人体温度、感知外界环境温度变化方面具有至关重要的作用。随着器件逐渐向小型化和高度集成化方向发展，温度传感器也需要有小型化特点。现有技术的产品存在线宽均匀性差，边缘粗糙，灵敏度不高以及难以满足高质量随形检测的要求(如难以满足额头、手足以及其他身体部位不同位置的即时检测需求)等缺点。

2、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种可拉伸温度传感器及其制备方法、器件和设备，通过优化的产品结构性设计，有效改善了稳定性好，具有无论在常规状态下，还是在形变状态下均具有良好的检测可控性和灵敏性。

2、为实现上述目的，本发明的实施例提供了可拉伸温度传感器，至少包括衬底、温度敏感器件、引线电极、封装层，衬底为粘弹性衬底；封装层为粘弹性封装层；粘弹性衬底、温度敏感器件、粘弹性封装层在外力作用下可发生弹性形变，在粘弹性衬底表面所形成的面上方观察温度敏感器件至少在引线电极之间形成有部分曲折结构，曲折结构至少为折线型或曲线型；预成型的温度敏感器件嵌入粘弹性衬底，粘弹性衬底包括：pdms、pu、tpu、ecoflex、sebs、pvdf的一种或多种复合。

3、在本发明的一个或多个实施方式中，温度敏感器件其垂直于延伸方向的截面尺寸满足：宽度1μm-50μm、深度1μm-50μm。

4、在本发明的一个或多个实施方式中，温度敏感器件为在引线电极之间形成的曲折结构(即温度敏感器件为全部由相同或者不相同的曲折结构组成)。

5、在本发明的一个或多个实施方式中，温度敏感器件至少包括一种曲折结构的重复。

6、在本发明的一个或多个实施方式中，温度敏感器件至少包括一种曲折结构的沿一个延伸方向的尺寸渐变。

7、在本发明的一个或多个实施方式中，温度敏感器件为在引线电极之间形成的多列重复且平行的曲折结构。

8、在本发明的一个或多个实施方式中，温度敏感器件为在引线电极之间形成的多列重复且平行的曲折结构，其中每一列上的曲折结构的任一点与其相邻列的曲折结构的最小距离不大于重复周期的0.23倍。

9、在本发明的一个或多个实施方式中，曲折结构至少选自规则形态的如下结构：蛇形结构、折线型结构、波浪线结构、交叉线结构(交叉线结构至少由两根线形态的结果交叉于一点所形成的结果，如“x”形、十字形、米字形等)。

10、在本发明的一个或多个实施方式中，温变材料选自导电金属块材料、导电纳米材料、导电聚合物、导电无机材料以及包括前述一种或者几种组成的复合材料。

11、在本发明的一个或多个实施方式中，导电纳米材料选自导电金属纳米颗粒、导电纳米线材料、碳纳米管、石墨烯、ti3c2tx/mxene、纳米碳粉。

12、在本发明的一个或多个实施方式中，导电金属纳米颗粒选自银纳米颗粒、铜纳米颗粒、镍纳米颗粒、铂纳米颗粒、金纳米颗粒。

13、在本发明的一个或多个实施方式中，导电聚合物选自pedot：pss材料。

14、在本发明的一个或多个实施方式中，粘弹性衬底其材质选自pdms、pu、tpu、ecoflex、sebs、pvdf的一种或多种复合。优选的，其厚度为10μm-500μm。

15、在本发明的一个或多个实施方式中，粘弹性封装层的材质选自pet、pen、pvb、pva、pu、tpu、pi、pvdf、pdms、ecoflex、sebs。优选的，其厚度为1μm-500μm。

16、在本发明的一个或多个实施方式中，选用pet为柔性衬底，凹槽深度10μm，凹槽宽度10μm，刮涂ph1000进入凹槽中，然后120℃退火10min，并使用激光剥离方法剥离转移到微粘膜上，然后在ph1000材料表面浇筑粘弹性衬底pdms，并常温固化24小时，固化好后揭下微粘膜，再在其上浇筑pdms，使温度传感材料嵌于pdms中间，两端电阻3000ω，电阻温度系数为0.4％·℃-1，测温精度为0.3℃。本发明方案的实施是先在柔性衬底上形成凹槽结构，并填充温变材料(选择柔性衬底是基于工艺实施需求，形成凹槽并填充温变材料只能在柔性衬底表面形成，而难以在粘弹性衬底表面制作)；所以为了获得可拉伸性，需要把柔性衬底的温敏材料剥离转移到粘弹性衬底上。

17、在本发明的一个或多个实施方式中，可拉伸温度传感器的制备方法，包括：s1、在柔性衬底表面形成配合温度敏感器件的形貌和尺寸和/或引线电极的形貌和尺寸的凹槽结构；s2、在所述凹槽结构中填充温变材料，高温退火和/或氙灯烧结，并成型为温度敏感器件和/或引线电极，并剥离转移至粘弹性衬底；s3、至少在温度敏感器件和/或引线电极所在区域进行柔性封装形成粘弹性封装层。

18、在本发明的一个或多个实施方式中，电子器件，包括如前述的可拉伸温度传感器以及连接到温度传感器的连接器件，连接器件至少包括线缆。

19、在本发明的一个或多个实施方式中，电子设备，包括如前述的可拉伸温度传感器和/或如前述的电子器件。这里的电子设备可以为用于贴合地测量具有复杂表面或者弯曲表面的目标的稳定，如随形人体皮肤地测量

20、与现有技术相比，根据本发明实施方式的可拉伸温度传感器及其制备方法、器件和设备，

21、本专利提出一种高灵敏度的可拉伸温度传感器及制作方法。此可拉伸温度传感器由粘弹性衬底、图形化的温度敏感区、引线电极、导线和粘弹性封装层组成。温度敏感区和引线电极由温敏材料组成，且温敏材料嵌于粘弹性衬底中。温度敏感区与引线电极导电连通。此种温度传感器具有成本低、工艺简单、形成的温变材料线宽均匀，从而使得性能稳定、灵敏度高；由于制作方法分辨率高，能实现微型化的可拉伸温度传感器性能；且与皮肤共形性好，并在皮肤的变形下，温度传感性能不受影响。

22、由粘弹性衬底、图形化的温度敏感区、引线电极、导线和粘弹性封装层组成。温度敏感区和引线电极由温敏材料组成，且温敏材料电极嵌于粘弹性衬底中。温度敏感区与引线电极导电连通。从制作工艺方面，此种可拉伸温度传感器电极线宽均一，电阻均匀，工艺稳定性好；其次，由于此种制作方法具有分辨率高的特点，可实现温度传感器的微型化制作。从性能方面，此种温度传感器性能稳定可靠、灵敏度高、可达到0.1-0.5℃，响应时间快；同时与皮肤共形性好，并在皮肤的变形下，温度传感性能不受影响。

技术特征：

1.一种可拉伸温度传感器，至少包括衬底、温度敏感器件、引线电极、封装层，其特征在于，

2.如权利要求1所述的可拉伸温度传感器，其特征在于，所述温度敏感器件其垂直于延伸方向的截面尺寸满足：宽度1μm-50μm、高度1μm-50μm。

3.如权利要求1所述的可拉伸温度传感器，其特征在于，所述温度敏感器件为在所述引线电极之间形成的曲折结构。

4.如权利要求3所述的可拉伸温度传感器，其特征在于，所述温度敏感器件至少包括一种曲折结构的重复。

5.如权利要求3所述的可拉伸温度传感器，其特征在于，所述温度敏感器件至少包括一种曲折结构的沿一个延伸方向的尺寸渐变。

6.如权利要求5所述的可拉伸温度传感器，其特征在于，所述温度敏感器件为在所述引线电极之间形成的多列重复且平行的曲折结构。

7.如权利要求3-6任一所述的可拉伸温度传感器，其特征在于，所述曲折结构至少选自规则形态的如下结构：蛇形结构、折线型结构、波浪线结构、交叉线结构。

8.如权利要求1-7任一所述的可拉伸温度传感器的制备方法，包括：

9.电子器件，包括如权利要求1-7任一所述的可拉伸温度传感器以及连接到所述温度传感器的连接器件，所述连接器件至少包括线缆。

10.电子设备，包括如权利要求1-7任一所述的可拉伸温度传感器和/或如权利要求9所述的电子器件。

技术总结
本发明公开了可拉伸温度传感器及其制备方法、器件和设备，其中传感器至少包括衬底、温度敏感器件、引线电极、封装层，衬底为粘弹性衬底；封装层为粘弹性封装层；粘弹性衬底、温度敏感器件、粘弹性封装层在外力作用下可发生弹性形变，在粘弹性衬底表面所形成的面上方观察温度敏感器件至少在引线电极之间形成有部分曲折结构，曲折结构至少为折线型或曲线型；预成型的温度敏感器件嵌入粘弹性衬底。本发明方案具有产品稳定性好，具有无论在常规状态下，还是在形变状态下均具有良好的检测可控性和灵敏性。

技术研发人员：陈小连,苏文明,聂书红,吴馨洲,徐文亚,张硕,裴芳芳
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14