本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種采用納米印制技術(shù)來實現(xiàn)的柔性溫度傳感器及其制備工藝。

背景技術(shù)：

溫度傳感器無論在工業(yè)領(lǐng)域還是個人使用領(lǐng)域都有著廣泛的應用。例如熱電阻、熱電偶、光纖多種溫度傳感技術(shù)在各個領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展。但是這些溫度傳感器普遍尺寸較大，對于小型物體的溫度監(jiān)測，很難進行安裝布置；而且上述溫度傳感器是由非柔性材料制備，硬度較大，無法應用于三維物品的表面、用來測量三維物體的表面溫度及分布情況。

并且，上述傳感器具有使用壽命有限以及結(jié)構(gòu)較復雜等缺陷，因此需要開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠耐用、成本低、重量輕、靈敏度高以及測量范圍可調(diào)的柔性溫度傳感器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的溫度傳感器尺寸較大、非柔性、使用壽命有限且結(jié)構(gòu)較復雜的缺陷，提供一種全柔性、成本低、重量輕、靈敏度高以及測量范圍可調(diào)的柔性溫度傳感器。

(二)技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種柔性溫度傳感器，其特征在于，包括：位于傳感器最頂層和最底層的柔性基底材料；位于底層基底材料之上的傳感陣列下電極；位于所述下電極之上，并與下電極緊密接觸的納米溫度敏感材料；位于納米溫敏材料之上，并與之緊密接觸的傳感陣列上電極，以及絕緣層材料。

進一步地說，所述柔性基板為天然橡膠、聚氨酯、硅橡膠、氟橡膠以及苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯或聚異丁烯聚合物等材料。

進一步地說，所述納米溫度敏感材料為納米銀漿、納米炭漿等，其配比方案根據(jù)傳感器量程及精度要求來制定。

進一步地說，所述納米溫度敏感材料的形狀及位置分布可以根據(jù)傳感器測量要求定制。

進一步地說，所述上、下電極及溫敏材料的圖形均采用納米印制方法直接或間接實現(xiàn)。

本發(fā)明還提供一種所述的柔性溫度傳感器的制備方法，其制備工藝包括：

(1)在上下柔性基底材料的表面印刷導線層，并組成網(wǎng)格狀測量回路；

(2)在兩層網(wǎng)格交點位置分別印刷與其導線方向垂直的絕緣層；

(3)在絕緣層基礎(chǔ)上，印刷與絕緣層線條方向垂直的應變溫敏電阻材料層；

(4)下層電路印刷絲印膠層，絲印膠層成條狀，與導線層導線相互平行；

(5)通過絲印膠層將上下電路粘接，在上下層電路交叉點位置構(gòu)成柔性陣列溫度傳感器敏感單元。

(三)有益效果

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明全柔性溫度傳感器陣列的所有制作材料包括拉基底材料、電極材料、溫度敏感材料，以及絕緣材料均為柔性材料，滿足傳感器的全柔性要求；

2、本發(fā)明所用柔性傳感器單元采用納米印制的方法來實現(xiàn)，其圖形結(jié)構(gòu)精確，整體性強，從而使其工作穩(wěn)定，使用方便，適應性好；

3、本發(fā)明的傳感器量程及靈敏度可以由溫度敏感材料中所含有填料的組分比例及材料尺寸的得到控制，調(diào)節(jié)范圍廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明傳感器第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明第一實施例傳感器制備工藝的流程圖；

圖3是本發(fā)明第一實施例的傳感器陣列線路設(shè)計圖；

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

參照圖1，示出了柔性溫度傳感器單元第一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：

柔性基底1：位于傳感器最頂層和最底層的柔性基底材料；用于整個柔性傳感器元件的承載；所述柔性基板為天然橡膠、聚氨酯、硅橡膠、氟橡膠以及苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯或聚異丁烯聚合物等材料；

下電極2：位于底層基底材料之上的傳感陣列下電極；用于將溫敏電阻的一端引出，從而測試其電阻值變化；

溫敏單元3：位于所述下電極之上，并與下電極緊密接觸的納米溫度敏感材料；所述納米溫度敏感材料為納米銀漿、納米炭漿等，其配比方案根據(jù)傳感器量程及精度要求來制定，其形狀及位置分布可以根據(jù)待測物體的測量要求定制。

絕緣層4：位于上下柔性基底材料之間，除去2、3組分的區(qū)域，用于絕緣隔離，隔離溫敏單元之間的互相影響，也避免了上下電極之間短路情況的發(fā)生。

上電極5：位于納米溫敏材料之上，并與之緊密接觸的傳感陣列上電極，用于將溫敏電阻的另一端引出，從而測試其電阻值隨溫度的變化；

參照圖2，示出了本發(fā)明第一實施例傳感器制備工藝的流程，具體包括：

步驟S101：在上下柔性基材的表面印刷導線層并組成網(wǎng)格狀測量回路。需要根據(jù)具體應用對傳感器敏感單元的密度要求設(shè)計確定導線層的導線寬度和間距等工藝參數(shù)；在本實施例中，傳感器的點陣密度設(shè)計為9點/cm2；

步驟S102：在兩層網(wǎng)格交點位置分別印刷與其導線方向垂直的絕緣層，絕緣層為線條狀，其寬度和厚度視傳感器的要求而定；本實施例中所采用的 厚度為200～500um，寬度為0.3mm～2mm；

步驟S103：在絕緣層基礎(chǔ)上，印刷與絕緣層線條方向垂直的溫敏電阻材料層；

溫敏電阻制備成方形，其電阻方形塊長寬和厚度尺寸是傳感器性能的決定性因素，直接影響傳感器的靈敏度和量程等關(guān)鍵參數(shù)；本實施例中溫敏電阻漿料的粘度在100-300Pa·S，其干燥溫度為125-130℃，時間為10-15分鐘，烘干溫度為130-150℃，時間為30-40分鐘；

步驟S104：下層電路印刷絲印膠層，絲印膠層成條狀，與導線層導線相互平行，其線條寬度視傳感器間距而定，一般為該間距的五分之一；

步驟S105：通過絲印膠層將上下電路粘接，這樣上下層電路交叉點位置就構(gòu)成了柔性陣列溫度傳感器敏感單元，溫敏單元的電阻值隨著溫度的變化而變化。

圖3給出了本發(fā)明第一實施例的傳感器線路設(shè)計圖，通過合理的布線設(shè)計，將溫敏傳感單元陣列的上下電極按照標準接口的形式引出。

如圖所示，柔性傳感器的上基底表面的四個電極引出分別為：T1、T2、T3、T4，下基底表面的兩個電極分別引出為B1、B2，6個電極按約定規(guī)則等間距排列，對于該類型8點式柔性陣列文敏傳感器，信號采集裝置只需要制備一個對應的標準接口電路即可方便的實現(xiàn)與傳感器元件的信號對接與采集處理。

對于前述的各方法實施例，為了描述簡單，故將其都表述為一系列的動作組合，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動作順序的限制，因為根據(jù)本發(fā)明，某些步驟可以采用其他順序或同時執(zhí)行；其次，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應該知悉，上述方法實施例均屬于優(yōu)選實施例，所涉及的動作和模塊并不一定是本發(fā)明所必須的。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施側(cè)重點說明 的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

對本發(fā)明公開的一種基于納米印制技術(shù)的柔性溫度傳感器及其制備工藝，文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。