[发明专利]一种用于柔性温度传感器的敏感材料

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种温度传感器材料，具体地说是一种用于柔性温度传感器的敏感材料。

二、背景技术

目前，用于温度传感器的敏感材料主要是金属、金属氧化物或半导体材料等，这几类材料都不具有柔韧性。多年来人们不断尝试利用不同的原理以及不同的材料，来研制柔性触觉传感器。如台湾大学L.-C.Tsao等利用石墨与聚二甲基硅氧烷共混得到导电复合材料，利用该材料具有电阻温度效应的特点作为柔性温度传感的敏感材料；东华大学丁永生等人利用导电纤维作为导电纬纱和导电经纱，将其互相交织而成的机织结构作为温度敏感元件，检测由机织结构温度变化而引起的机织结构电阻的变化；中国科学院上海微系统与信息技术研究所车录锋等人采用MEMS工艺在聚酰亚胺中嵌入金属热敏电阻制作柔性衬底的温度传感器。

但是，各类已有的柔性触觉传感器共同存在的问题包括：

1、在材料的选择上，材料本身不能兼有良好温度传感功能和柔韧性，并且成本高；

2、在传感器阵列结构的布置上，由于所选择的材料的限制，对阵列结构要求高，主要适用于刚性、组合式阵列结构，不能适用于任意设计的触觉传感器阵列，适用范围小；

3、在制作工艺上，现有的柔性触觉传感器研究主要是使用MEMS技术和分层安装技术等，制作工艺要求高，成本大。

三、发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的不足，提供一种用于柔性温度传感器的敏感材料，所要解决的技术问题是使材料兼有良好温度传感功能和柔韧性且适用于任意设计的温度传感器阵列结构。

本发明解决问题采用如下技术方案：

本发明所述的用于柔性温度传感器的温度敏感材料是以室温下固化的液态有机硅为基体的复合材料，具体地说是在基体中加入导电碳纤维和纳米碳纤维混合均匀后于室温下固化所得到的兼有良好温度传感性能和柔韧性的复合材料，各组分有以下重量份数：

优选：

所述液态有机硅选自单组分液体硅橡胶RTV GD401或者双组份聚二甲基硅氧烷PDMSDC-184，其中单组份RTV GD401在密闭条件下为液体，在敞口条件下室温固化；双组份PDMSDC-184由A、B剂组成，A剂90份，B剂10份，A、B剂各自单独存放时为液体，两者混合后室温固化。

所述导电碳纤维为ECP-CF，其平均长度为0.2mm，平均直径为11-15μm，电阻率为4-7×10^-3Ω·cm。

所述纳米碳纤维为TNCF，其平均长度为5-50μm，平均直径为200-400nm，电阻率为0.1×10^-3Ω·cm。

所述分散剂为蒸馏石脑油，密度650-750kg/m³。

上述各种原料市场有售。

本发明用于柔性温度传感器的敏感材料的制备方法按照选用有机硅种类分两种：

一是选用单组份液体硅橡胶RTV GD401，在常温、常压下，将导电碳纤维、纳米碳纤维与分散剂经超声分散后得悬浮液甲；将该悬浮液甲添加到液体硅橡胶RTV GD401中，又经超声分散得悬浮液乙；将悬浮液乙注入触觉传感器结构模型中，室温下固化成型得到柔性敏感材料。

二是选用双组份聚二甲基硅氧烷PDMS DC-184，在常温、常压下，将导电碳纤维、纳米碳纤维与分散剂经超声分散后得悬浮液甲；将该悬浮液甲添加到聚二甲基硅氧烷PDMSDC-184的A剂中，又经超声分散得悬浮液乙；在悬浮液乙中添加PDMS DC-184的B剂，再次超声分散得悬浮液丙，将悬浮液丙注入温度传感器结构模型中，室温下固化成型得到柔性敏感材料。

为了有效提高敏感材料在温度传感功能和柔韧性上的兼容性，本发明选用固化成型后柔韧性良好的液态有机硅作为基体材料，通过两种填料掺杂，在保证该材料触觉传感功能的同时更进一步改善其柔软性。本发明采用液态有机硅成型的方法，可以将敏感材料悬浮液填充到任意设计的温度传感器结构模型中经固化成型，极为有效地提高了柔性温度传感器传感功能和柔韧性的兼容性，适于任意设计的温度传感器结构。与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用液态有机硅作为基体材料，固化成型后的有机硅具有很好柔性，保证了温度敏感材料的柔性；