柔性液晶溫度傳感器及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療診斷/鑒定設(shè)備，特別是一種柔性液晶溫度傳感器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人體的溫度分布具有一定的穩(wěn)定性和特征性，機(jī)體各部位的溫度不同，形成不同的熱場(chǎng)。當(dāng)人體供血器官，皮膚肌肉組織或者血管發(fā)生疾病或功能改變時(shí)，血管的血流量會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致血管附近皮膚局部溫度的改變。而皮膚肌肉組織出現(xiàn)傷口及發(fā)炎的狀況也會(huì)引起溫度的變化。根據(jù)這一原理，技術(shù)人員設(shè)計(jì)了多種可以測(cè)量皮膚溫度的傳感器，例如紅外熱像儀、柔性電子皮膚等，以此來(lái)推斷和監(jiān)控病變的來(lái)源與過(guò)程
紅外熱像儀的精度較高，但是其成本也非常高，難以在臨床和日常生活廣泛應(yīng)用。柔性電子皮膚的結(jié)構(gòu)有多種形式，常見(jiàn)的包括金屬薄膜電阻陣列溫度傳感器。金屬薄膜電阻溫度傳感器需要與外部供源電路連接并使用精密測(cè)量?jī)x器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而不適于日常使用，而且其器件面積和密度受傳統(tǒng)光科技術(shù)限制無(wú)法對(duì)溫度測(cè)繪達(dá)到較高空間分辨率。而現(xiàn)有熱變色液晶貼膜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)主要包括七層，包括聚酯層、印刷字體層，熱變色液晶層、吸收層、粘性材料基底層和紙質(zhì)載體層。在使用時(shí)，將其貼在皮膚表面進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)目測(cè)液晶顏色所處位置判斷溫度高低。由于其厚度為75~125微米，材料透氣性較差，容易造成熱量和水分的聚集，從而精度較差，準(zhǔn)確度僅為0.6°C。同時(shí)，其力學(xué)性質(zhì)較差，只能實(shí)現(xiàn)一定的可彎曲性并只能用在較平的皮膚如額頭等位置，在人體很多關(guān)節(jié)或者曲面位置則不適宜使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:一個(gè)目的是提供一種柔性液晶溫度傳感器，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的至少一個(gè)問(wèn)題。進(jìn)一步的目的是提供一種制作上述柔性液晶溫度傳感器的方法。
[0004]技術(shù)方案:一種柔性液晶溫度傳感器，包括吸收層、位于所述吸收層一側(cè)的熱變液晶陣列、覆蓋所述熱變液晶陣列的彈性體材料層，以及位于吸收層另一側(cè)的電阻加熱層。
[0005]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述吸收層為混合有黑色氧化鐵粉末的彈性體材料，彈性體材料包括聚二甲基硅氧烷。所述電阻加熱層包括蛇形電阻加熱器和蛇形導(dǎo)線(xiàn)。所述吸收層的厚度為20微米，所述熱變液晶陣列的高度為25微米，所述彈性體材料層為30微米。
[0006]在其他實(shí)施例中，所述柔性液晶溫度傳感器還包括粘附本體，所述粘附本體具有一鏤空部，所述柔性液晶溫度傳感器位于所述鏤空部，柔性液晶溫度傳感器的邊緣與粘附本體固定連接。
[0007]進(jìn)一步的，本發(fā)明還公開(kāi)了一種柔性液晶溫度傳感器的制造方法，包括如下步驟:
步驟1、將彈性體材料與黑色氧化鐵粉末混合，用勻膠機(jī)在承載板上涂布黑色吸收層并烤干； 步驟2、用帶有柱狀陣列的印章蘸上熱變液晶墨水液體并風(fēng)干，
步驟3、用熱釋放膠粘起液晶陣列，并貼于所述黑色吸收層的一面，升高溫度，使熱釋放膠脫離液晶陣列，用勻膠機(jī)在液晶陣列一側(cè)旋涂一層彈性體材料層；
步驟4、制備無(wú)線(xiàn)電加熱層，并將其轉(zhuǎn)移至黑色吸收層的另一面。
[0008]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟4中制備無(wú)線(xiàn)電加熱層的具體過(guò)程為:
步驟41、用勻膠機(jī)在硅片表面旋涂一層聚甲基丙烯酸甲酯，烤干，繼續(xù)旋涂一層聚酰亞胺，烤干；
步驟42、蒸鍍鈦和金，利用光刻顯影和濕法刻蝕法得到蛇形電阻加熱器；
步驟43、蒸鍍鈦/銅/鈦/金，利用光刻顯影和濕法刻蝕法得到蛇形導(dǎo)線(xiàn)和可焊接電路的電極；
步驟44、旋涂一層聚酰亞胺，烤干，利用光刻顯影和濕法刻蝕法將整個(gè)器件封裝，得到由聚酰亞胺包裹金屬線(xiàn)的電阻加熱器；
步驟45、在丙酮中溶解聚甲基丙烯酸甲酯，將電阻加熱器轉(zhuǎn)移到水溶性膠帶，蒸鍍上鈦和二氧化硅。
[0009]步驟41中，聚甲基丙烯酸甲酯的厚度為100納米，步驟42中鈦和金的厚度分別為5納米和50納米，步驟43中，鈦/銅/鈦/金的厚度分別為10納米，500納米，10納米和20納米，步驟45中，鈦和二氧化硅的厚度分別為5納米和30納米。所述蛇形電阻加熱器的電阻為800~1200歐姆。
[0010]實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明具有精度高、成本低、透氣性好和厚度薄等優(yōu)勢(shì)，可以緊貼于皮膚，可用于曲率較高的皮膚表面，且在使用時(shí)間較長(zhǎng)的情況下不會(huì)導(dǎo)致皮膚含水量增加和溫度積累。另外，本發(fā)明數(shù)據(jù)采集簡(jiǎn)單，可以快速測(cè)繪皮膚的溫度分布；在需要的情況下，可通過(guò)連接可拆卸電池對(duì)電阻器進(jìn)行加熱，從而根據(jù)皮膚導(dǎo)熱率推算皮膚的含水量；也可以將電阻器置于血管上面，在加熱后對(duì)于血管附近皮膚散熱性質(zhì)進(jìn)行分析而推測(cè)血流速度和方向。
[0011]本產(chǎn)品可應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)日常生活中的體溫及皮膚含水量的監(jiān)測(cè)，也可作為醫(yī)院環(huán)境中對(duì)特殊病人(如皮下脂肪過(guò)厚等)進(jìn)行動(dòng)脈靜脈的定位注射，或者通過(guò)實(shí)行動(dòng)脈血管血液阻斷回流時(shí)間測(cè)試來(lái)輔助醫(yī)生對(duì)病人心臟工作狀況的診斷以及分析血管血流方向與速度等性質(zhì)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1a和圖1b是本發(fā)明柔性液晶溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2a至2d是本發(fā)明實(shí)際工作過(guò)程和效果示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明電阻器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1a所示，本發(fā)明的柔性液晶溫度傳感器，主要包括吸收層la、位于吸收層一側(cè)的熱變液晶陣列l(wèi)b、覆蓋熱變液晶陣列的彈性體材料層lc，以及位于吸收層另一側(cè)的電阻加熱層Id。
[0016]在使用時(shí)，熱變液晶陣列在不同的溫度(33_38°C)下顯示不同的顏色，利用計(jì)算機(jī)采集顏色數(shù)據(jù)，并將其與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，可以獲得溫度數(shù)據(jù)。該實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比而言，其層數(shù)明顯減少，所選襯底材料力學(xué)性質(zhì)明顯更優(yōu)，因此可以將產(chǎn)品做得更薄更柔軟。產(chǎn)品越薄，其粘附于皮膚的能力越好，因此不僅可以用于平整皮膚處的使用，還可以用于非平整皮膚處。
[0017]具體地，吸收層為混合有黑色氧化鐵粉末的彈性體材料，彈性體材料包括聚二甲基硅氧烷或類(lèi)似化合物，具體可以根據(jù)要求和物質(zhì)的參數(shù)確定。所述電阻加熱層包括蛇形電阻加熱器和蛇形導(dǎo)線(xiàn)。電阻電加熱層在由電池供電后，會(huì)產(chǎn)生熱量，熱量從中間向四周擴(kuò)散，擴(kuò)散形式與皮膚熱導(dǎo)率密切相關(guān)。如果在不同含水量的皮膚上使用，則可以根據(jù)皮膚導(dǎo)熱率計(jì)算含水量，具體過(guò)程在下文詳述。
[0018]在某個(gè)具體的產(chǎn)品中，吸收層的厚度約為20微米，熱變液晶陣列的高度為約25微米，彈性體材料層約為30微米。其他層的厚度以納米計(jì)，因此產(chǎn)品的整體厚度為50微米左右，遠(yuǎn)小于現(xiàn)有產(chǎn)品平均100微米的厚度。由于材料的改變，其楊氏模量與現(xiàn)有產(chǎn)品相比降低千倍以上，可拉伸性也由不可拉伸提高為可拉伸200%。
[0019]轉(zhuǎn)到圖lb，在進(jìn)一步的實(shí)施例中，柔性液晶溫度傳感器還包括粘附本體2，所述粘附本體2具有一鏤空部，所述柔性液晶溫度傳感器I位于所述鏤空部，柔性液晶溫度傳感器的邊緣與粘附本體固定連接。由于本產(chǎn)品非常柔軟超薄，導(dǎo)致范德華作用力很強(qiáng)，如果單獨(dú)使用，則可能縮卷成一團(tuán)。為了方便穿戴和摘取，在原有結(jié)構(gòu)上加了粘附本體(例如醫(yī)用膠帶等)，將方形醫(yī)用膠帶中間鏤空，將柔軟的本產(chǎn)品的邊緣貼于膠帶，中間鏤空處則是布滿(mǎn)液晶點(diǎn)的器件，而膠帶則保護(hù)器件邊緣，在使用中揭取膠帶即可。
[0020]描述本發(fā)明柔性液晶溫度傳感器的制造方法。
[0021]步驟1、將彈性體材料與黑色氧化鐵粉末混合，用勻膠機(jī)在承載板上涂布黑色吸收層并烤干；
步驟2、用帶有柱狀陣列的印章101蘸上熱變液晶墨水液體102并風(fēng)干，
步驟3、用熱釋放膠粘104起液晶陣列，并貼于所述黑色吸收層的一面，升高溫度，使熱釋放膠104脫離液晶陣列，用勻膠機(jī)在液晶陣列一側(cè)旋涂一層彈性體材料層；
步驟4、制備電阻加熱層，并將其轉(zhuǎn)移至黑色吸收層的另一面。
[0022]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟4中制備電阻加熱層的具體過(guò)程為:
步驟41、用勻膠機(jī)在硅片表面旋涂一層聚甲基丙烯酸甲酯，烤干，繼續(xù)旋涂一層聚酰亞胺，烤干；
步驟42、蒸鍍鈦和金，利用光刻顯影和濕法刻蝕法得到蛇形電阻加熱器；
步驟43、蒸鍍鈦/銅/鈦/金，利用光刻顯影和濕法刻蝕法得到蛇形導(dǎo)線(xiàn)；
步驟44、旋涂一層聚酰亞胺，烤干，利用光刻顯影和濕法刻蝕法將整個(gè)器件封裝，得到由聚酰亞胺包裹金屬線(xiàn)的電阻加熱器；
步驟45、在丙酮中溶解聚甲基丙烯酸甲酯，將電阻加熱器轉(zhuǎn)移到水溶性膠帶，蒸鍍上鈦和二氧化硅。
[0023]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，步驟41中，聚甲基丙烯酸甲酯的厚度為100納米，步驟42中鈦和金的厚度分別為5納米和50納米，步驟43中，鈦和銅的厚度分別為10納米，500納米，10納米和20納米，步驟45中，鈦和二氧化硅的厚度分別為5納米和30納米。
[0024]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述蛇形電阻加熱器的電阻為800~1200歐姆，優(yōu)選為1000歐姆。
[0025]某個(gè)實(shí)施工藝的具體參數(shù)如下:
首先混合彈性體材料聚(二甲基娃氧燒)Poly (dimethylsiloxane)40:1和黑色的氧化鐵粉末，使用勾膠機(jī)在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯Poly (ethyleneterephlatate)承載體上得到20微米的黑色吸收層并烤干。
[0026]使用具有矩形柱狀陣列(每個(gè)柱的大小為250微米x250微米)面積為15平方厘米的PDMS印章，蘸上一層還是液體的熱變液晶墨水并風(fēng)干，最后印章柱子上的液晶點(diǎn)的厚度為25微米。
[0027]用熱釋放膠帶將液晶陣列粘起來(lái)，并貼到黑色吸收層上，在溫度升高到90°C后，熱釋放膠帶將自動(dòng)脫離液晶陣列，此時(shí)液晶陣列被轉(zhuǎn)移到黑色吸收層上。混合透明的彈性體材料聚(二甲基娃氧燒)Poly (dimethylsiloxane) 40:1，并用勾膠機(jī)旋涂在厚度為30微米的透明保護(hù)層在液晶陣列表面并烤干。
[0028]通過(guò)勻膠機(jī)將一層100納米左右的聚甲基丙烯酸甲酯poly (methylmethacrylate)旋涂在娃片表面烤干并繼續(xù)旋涂一層polyimide薄膜烤干，在此之上蒸鍍鈦(5納米)和金(50納米)，通過(guò)光刻顯影和濕法刻蝕的方法得到電阻為1000歐姆左右的蛇形電阻加熱器，在此之上蒸鍍鈦(20納米)銅(500納米)鈦(10納米)金(20納米)并通過(guò)光刻顯影和濕法刻蝕的方法得到電阻很小的蛇形導(dǎo)線(xiàn)及電極，最后旋涂一層聚酰亞胺polyimide烤干并再次使用光刻顯影和濕法刻蝕的方法將整個(gè)器件封裝而僅僅暴露電極得到由聚酰亞胺polyimide包裹金屬線(xiàn)的電阻加熱器。
[0029]通過(guò)在丙酮中溶解聚甲基丙稀酸甲酯poly (methylmethacrylate)將電子器件轉(zhuǎn)移到