一种剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法及系统

本发明涉及温度传感器制备，更具体地，涉及一种剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法及系统。

背景技术：

1、温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，其对于环境温度的测量非常准确，广泛应用于农业、工业、车间、库房等领域。随着精密设备的要求提升，市面上的绝大多数温度传感器与非平面自由曲面并不兼容，并且对发生形变的物体的形变过程中的测量还有极大的市场空白，因此开发柔性可曲面共性并且具有一定程度的可拉伸性的温度传感器至关重要。目前的温度传感器主要使用各种热敏材料，例如：陶瓷、聚合物、过渡金属和石墨烯等，其导电性能随着温度变化。其中，陶瓷基热敏电阻成本低、响应速度快、灵敏度高，但是一般为刚性，应用场景受到了极大的限制。而过渡金属氧化物柔韧性同样较差，不能适用于多种曲面。而导电聚合物具有一定的柔性，但是灵敏度低、响应速度慢。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术所述的温度传感器存在柔韧性差、灵敏度低、响应速度慢等难以同时满足使用需求的缺陷，提供一种剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法及系统。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、以脉冲激光作为诱导光源，将所述诱导光源聚焦在衬底上，并根据预设的器件图案进行扫描诱导反应；所述衬底表面生成激光诱导石墨烯，形成温度传感器样品；

5、对所述诱导光源的参数进行动态调整，并依据预设剪纸结构设计利用所述诱导光源对所述温度传感器样品进行扫描，对衬底完全刻蚀，得到可拉伸的温度传感器。

6、本技术方案中，通过以脉冲激光作为诱导光源制备温度传感器，诱导光源在衬底表面生成激光诱导石墨烯。当温度传感器在测量温度升高的过程中，石墨烯会随着温度的升高结构会收缩，激光诱导石墨烯片与片之间接触增大，接触电阻降低。同时，随着温度升高，激光诱导石墨烯的热载流子会随着温度的升高而产生，以及热载流子的流动会随着温度的升高流速增快，赋予了温度传感器的温度响应，从而有效提高温度传感器的灵敏度和响应速度。通过对所述诱导光源的参数进行动态调整，对温度传感器的形状、尺寸、可拉伸结构进行调整，制备得到剪纸结构的温度传感器，该结构能够提高温度传感器的可拉伸性和柔韧性。

7、作为优选方案，所述衬底包括聚酰亚胺薄膜。

8、作为优选方案，所述衬底的厚度包括5-25μm。

9、作为优选方案，所述脉冲激光包括纳秒激光、皮秒激光或飞秒激光。

10、作为优选方案，所述诱导光源的激光功率包括50-500mw。

11、作为优选方案，所述诱导光源的扫描速度包括10-500mm/s。

12、作为优选方案，对所述诱导光源的参数进行动态调整，包括：将所述诱导光源的激光功率在100-300mw范围内进行动态调整，以及将所述诱导光源的扫描速度在100-300mm/s范围内进行动态调整。

13、进一步地，本发明还提出了一种剪纸结构可拉伸温度传感器的制备系统，应用本发明提出的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法。其中，所述制备系统包括：

14、激光光源，用于作为诱导光源；

15、光学透镜组，用于将所述激光光源聚焦；所述光学透镜组中包括振镜和场镜；

16、三轴移动台，用于放置衬底并调整其位置；

17、控制器，用于控制光学透镜组中振镜的摆动，使所述激光光源出射的诱导光源聚焦在衬底上，并根据预设的器件图案进行扫描，对衬底进行诱导石墨烯化制备温度传感器，以及对衬底刻蚀以得到剪纸结构；以及用于控制所述激光光源的输出激光功率和聚焦光束的扫描速度；

18、底座，用于搭载所述激光光源、光学透镜组、三轴移动台、控制器。

19、作为优选方案，所述激光光源包括纳秒激光、皮秒激光或飞秒激光。

20、作为优选方案，所述激光光源的输出激光功率为50-500mw；所述激光光源的扫描速度为10-500mm/s。

21、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

22、本发明通过以脉冲激光作为诱导光源制备温度传感器，诱导光源在衬底表面生成激光诱导石墨烯，由此得到的温度传感器中，激光诱导石墨烯的热载流子会随着温度的升高而产生，以及热载流子的流动会随着温度的升高流速增快，赋予了温度传感器的温度响应，从而有效提高温度传感器的灵敏度和响应速度；

23、本发明还通过对所述诱导光源的参数进行动态调整，对温度传感器的形状、尺寸、可拉伸结构进行调整，制备得到剪纸结构的温度传感器，该结构能够提高温度传感器的可拉伸性和柔韧性。

技术特征：

1.一种剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法，其特征在于，所述衬底包括聚酰亚胺薄膜。

3.根据权利要求2所述的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法，其特征在于，所述衬底的厚度包括5-25μm。

4.根据权利要求1所述的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法，其特征在于，所述脉冲激光包括纳秒激光、皮秒激光或飞秒激光。

5.根据权利要求1所述的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法，其特征在于，所述诱导光源的激光功率包括50-500mw。

6.根据权利要求1所述的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法，其特征在于，所述诱导光源的扫描速度包括10-500mm/s。

7.根据权利要求1～6任一项所述的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法，其特征在于，对所述诱导光源的参数进行动态调整，包括：

8.一种剪纸结构可拉伸温度传感器的制备系统，应用权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备系统，其特征在于，所述激光光源(1)包括纳秒激光、皮秒激光或飞秒激光。

10.根据权利要求8所述的剪纸结构可拉伸温度传感器的制备系统，其特征在于，所述激光光源(1)的输出激光功率为50-500mw；所述激光光源(1)的扫描速度为10-500mm/s。

技术总结
本发明涉及温度传感器制备技术领域，提出一种剪纸结构可拉伸温度传感器的制备方法及系统，其中包括以下步骤：以脉冲激光作为诱导光源，将所述诱导光源聚焦在衬底上，并根据预设的传感器图案进行扫描诱导反应；所述衬底表面生成激光诱导石墨烯，形成温度传感器样品；对所述诱导光源的参数进行动态调整，并依据预设剪纸结构设计利用所述诱导光源对所述温度传感器样品进行扫描，对衬底完全刻蚀，得到可拉伸的温度传感器。本发明通过以脉冲激光作为诱导光源制备温度传感器，诱导光源在衬底表面生成激光诱导石墨烯，进而有效提高温度传感器的灵敏度和响应/恢复速度；本发明的温度传感器以剪纸结构制备得到，能够提高温度传感器的可拉伸性和柔韧性。

技术研发人员：安佳宁,马文帅,李炳旺
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15