[发明专利]一种柔性温度传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种柔性温度传感器及其制备方法，属于温度传感电子器件领域。本发明传感器包括第一柔性基底、第一封装层、第二柔性基底和第二封装层，第一柔性基底呈梳状，第二柔性基底上设置含有液态金属的n个均匀分布的腔体，在结构上通过柔性腔体和液态金属的结合，能够实现多个测温点之间互不影响，测温灵敏度高，且具有在拉伸和收缩尤其是被测物体发生大形变等不同情况下保证测温点不发生位置改变的效果。

技术领域

本发明属于温度传感电子器件领域，具体涉及一种可保证测温点不产生偏移的柔性温度传感器及其制备方法。

背景技术

柔性温度传感器，根据不同的使用环境(如用在医疗健康监测、运动、通信、航空航天、消防等不同领域)，将温度传感器与不同的柔性基底材料结合，制作而成的传感装置。然而，目前的柔性温度传感器在应用中仍存在一些亟待解决的问题：(1)由于柔性温度传感器的敏感单元大都基于刚性无机材料，其模量远大于柔性基底材料，因此在使用过程中柔性基底与刚性敏感单元之间难以实现良好的应变耦合。即便采用柔性基底材料可以在一定范围内增强拉伸性能，但如果被测物体的测量条件是在大形变的条件下，有限的拉伸仍不足以满足，这会导致测温点的发生漂移，从而使得测温位置不准确；(2)目前广泛采用的柔性高分子基底材料的热扩散系数偏低，这使得待测物体到基底上方敏感单元的热扩散时间过长，从而使温度敏感单元难以及时感知到被测物体的温度变化。

针对目前现有的柔性温度传感器，我们实现了一种用柔性材料腔体与液态金属结合的柔性温度传感器，这种结构不仅能解决上述在大形变下的测温点漂移和热扩散时间过长的问题，而且能实现多点测温且测温点之间互不影响从而体现不同测温点的温度差异的功能。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种柔性温度传感器及其制备方法，该传感器在结构上通过柔性腔体和液态金属的结合，能够实现多个测温点之间互不影响，测温灵敏度高，且在拉伸和收缩尤其是被测物体发生大形变等不同情况下保证测温点不发生位置改变的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种柔性温度传感器，包括：第一柔性基底、第一封装层、第二柔性基底和第二封装层，所述第一柔性基底呈梳状，其上设置有外置电极、导线和测温电极，所述外置电极设置于第一柔性基底梳柄上，用于与外接设备连接，所述测温电极设置于梳齿末端，并通过导线与外置电极相连接；所述第二柔性基底上设置含有液态金属的n个均匀分布的腔体，所述测温电极位于腔体中心，所述第一封装层用于保护导线和测温电极，避免与液态金属接触，所述第二封装层覆盖于第二柔性基底表面使液态金属不外漏并固定连接第一柔性基底与第二柔性基底。

进一步地，所述腔体的数目n≥2，相邻腔体之间的厚度大于3mm。

进一步地，所述第一柔性基底材料和第一封装层材料都为聚酰亚胺(PI)，厚度都为15～25μm；所述第二封装层材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，厚度为0.8～1.2mm；所述外置电极和导线材料为金(Au)，厚度为120nm，所述测温电极材料为铂(Pt)；所述液态金属为熔点低于室温的镓铟合金，优选熔点为16℃的镓铟合金。

进一步地，所述第二柔性基底材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SEBS)等。

进一步地，所述测温电极为蛇形结构，厚度为125nm。

一种柔性温度传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.对聚酰亚胺薄膜依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗；

步骤2.在清洗后的聚酰亚胺薄膜上采用光刻和磁控溅射结合制备外置电极、导线和测温电极；