一种薄膜热电偶及制备方法与流程

本发明属于传感器设计领域，特别涉及一种薄膜热电偶及制备方法。

背景技术：

薄膜热电偶以其良好的集成度和快速的响应吸引了越来越多的关注。热电偶必须采用两种不同的材料作为热电极，才能在回路中产生热电势。因为热电偶的测温原理是通过材料的热电效应实现对温度的测量，温度变化会引起回路中热电势的变化，不需要外加电源。所检测到的热电势只与温度变化有关，形变并不会影响测量结果，并且热电偶本身的热容比较小，对外界的感知也更加灵敏。相比于其它类型的柔性热电式传感器，薄膜热电偶具有无需供电、响应时间短、测量精度高并且对测试环境几乎没有影响等优点。

近年来，薄膜热电偶的制备越来越受到关注，如cn201910453155.3的一种铜镍合金薄膜热电偶及其制备方法；cn201920305450.x的一种新型薄膜热电偶；它们在一定程度上可以提高热电偶的灵敏度，但存在的问题是，制备工艺复杂，成本较高等。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种薄膜热电偶及制备方法，其制备材料包括聚酰亚胺薄膜、银薄膜、镍薄膜等。金属镍和金属银作为两种不同材料的热电极，由于镍和银的热电势不同，温度变化会引起回路中热电势的变化，通过观测回路中电势的变化表征温度的变化。此热电偶具有无需供电、响应时间短、测量精度高、对测试环境几乎没有影响等优点。此热电偶的制备方法具有工艺简单，成本低，可大规模制备的优点。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种薄膜热电偶的制备方法，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：选取聚酰亚胺薄膜作为衬底，用去离子水、乙醇、丙酮分别对衬底超声波清洗20～30min，将该衬底在4mol/l氢氧化钾溶液中浸泡50～70min,使衬底开环；

步骤2：开环后衬底的二分之一部分利用roll-to-roll贴敷一层感光蓝膜，使之表面平整、无气泡、无褶皱；再将其浸泡于0.03mol/l的硝酸银溶液中30～40min;

步骤3：将步骤2所得衬底用去离子水冲洗并烘干,将设计有银电极图形的掩膜通过打印机打印到衬底上；

步骤4：用滴管将0.5mmol／l的硼氢化钠溶液中滴到没有图形掩膜的衬底上，反复3～5次，将银薄膜析出，用去离子水和丙酮冲洗并烘干；

步骤5：把步骤4所得衬底上的蓝膜去除掉，通过roll-to-roll贴敷一层感光蓝膜在银薄膜上，将设计有镍电极图形的掩膜通过打印机打印到衬底上；

步骤6：将步骤5所得带有镍电极掩模的衬底浸泡于80℃，0.1mol/l硫酸镍溶液中3～5s；

步骤7：将步骤6所得衬底用丙酮和去离子水冲洗干净，浸泡于0.05mol/l硼氢化钠溶液中浸泡5min；

步骤8：将步骤7所得衬底用去离子水冲洗干净，浸泡于100℃的无电镀液中8～10min;

步骤9：将衬底上的蓝膜去掉，用去离子水冲洗干净并烘干，得到所述薄膜热电偶。

一种上述方法制得的薄膜热电偶。

本发明的有益效果：薄膜热电偶的工作原理是温度变化引起的不同材料两端电势差的变化，因此薄膜热电偶无需供电便可测得环境中温度的变化。此薄膜热电偶的制备过程无需昂贵设备和苛刻的制备环境。此薄膜热电偶的温度响应好，稳定性高，温度上升和温度下降引起的电势差呈线性变化。

附图说明

图1为本发明制备流程图；

图2为本发明薄膜热电偶的温度响应示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行详细描述。

s1：选取聚酰亚胺薄膜作为衬底1，用去离子水、乙醇及丙酮分别对衬底超声波清洗20min，将该衬底在4mol/l氢氧化钾溶液中浸泡60min,使衬底开环；

s2：衬底1的二分之一部分利用roll-to-roll贴敷一层感光蓝膜2，使之表面平整、无气泡、无褶皱；再将其浸泡于0.03mol/l的硝酸银溶液3中30min；

s3：将s2所得衬底用去离子水冲洗并烘干,将设计有银电极图形的掩膜4通过打印机打印到衬底上；

s4：用滴管将0.5mmol／l的硼氢化钠溶液中滴到没有图形掩膜的衬底上，反复3次，将银薄膜5析出，用去离子水和丙酮冲洗并烘干；

s5：把s4所得衬底上的蓝膜2去除掉，通过roll-to-roll贴敷一层感光蓝膜6在银薄膜上，将设计有镍电极图形的掩膜7通过打印机打印到衬底上；

s6：将s5所得带有镍电极掩模7的衬底浸泡于0.1mol/l硫酸镍溶液8中3s；

s7：将s6所得衬底用丙酮和去离子水冲洗干净，浸泡于0.05mol/l硼氢化钠溶液9中浸泡5min；

s8：将s7所得衬底用去离子水冲洗干净，浸泡于100℃的无电镀液10中10min;

s9：将衬底上的蓝膜去掉，用去离子水冲洗干净并烘干，得到所述薄膜热电偶11。

本发明得到的薄膜热电偶的温度响应好，稳定性高，参阅图2所示，温度上升和温度下降引起的电势差呈线性变化。

技术特征：

1.一种薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：

步骤1：选取聚酰亚胺薄膜作为衬底，用去离子水、乙醇和丙酮分别对衬底超声波清洗20～30min，将该衬底在4mol/l氢氧化钾溶液中浸泡50～70min,使衬底开环；

步骤2：开环后衬底的二分之一部分利用roll-to-roll方式贴敷一层感光蓝膜，使之表面平整、无气泡、无褶皱；再将其浸泡于0.03mol/l的硝酸银溶液中30～40min；

步骤3：将步骤2所得衬底用去离子水冲洗并烘干,将设计有银电极图形的掩膜通过打印机打印到衬底上；

步骤4：用滴管将0.5mmol／l的硼氢化钠溶液滴到没有图形掩膜的衬底上，反复3～5次，将银薄膜析出，用去离子水和丙酮冲洗并烘干；

步骤5：把步骤4所得衬底上的蓝膜去除掉，通过roll-to-roll方式贴敷一层感光蓝膜在银薄膜上，将设计有镍电极图形的掩膜通过打印机打印到衬底上；

步骤6：将步骤5所得带有镍电极掩模的衬底浸泡于80℃，0.1mol/l硫酸镍溶液中3～5s；

步骤7：将步骤6所得衬底用丙酮和去离子水冲洗干净，浸泡于0.05mol/l硼氢化钠溶液中浸泡5min；

步骤8：将步骤7所得衬底用去离子水冲洗干净，浸泡于100℃的无电镀液中8～10min；

步骤9：将衬底上的蓝膜去掉，用去离子水冲洗干净并烘干，得到所述薄膜热电偶。

2.一种权利要求1所述方法制得的薄膜热电偶。

技术总结
本发明公开了一种薄膜热电偶及制备方法，其制备包括：选取聚酰亚胺薄膜作为衬底，在衬底上选择性生长银薄膜和镍薄膜组成一种薄膜热电偶。将聚酰亚胺薄膜放入氢氧化钾溶液中开环，将开环后的聚酰亚胺薄的二分之一部分浸泡硝酸银溶液生长银的种子层，再喷墨打印图形化，最后浸泡硼氢化钠溶液还原出银薄膜。将剩余部分聚酰亚胺薄膜先喷墨打印图形化，然后浸泡硫酸镍溶液，再通过硼氢化钠溶液还原，最后浸泡无电镀液生长出镍薄膜。图形化的银薄膜和镍薄膜组成薄膜热电偶，本发明制备的热电偶稳定性好，成本低，设备要求低，性价比高。

技术研发人员：夏更帅;张健
受保护的技术使用者：华东师范大学
技术研发日：2020.04.22
技术公布日：2020.08.11