本发明专利技术涉及包含传感器凝胶以及第一和第二电极的温度传感器，所述传感器凝胶包含聚合物、水和离子，所述第一和第二电极被所述传感器凝胶彼此分隔。本发明专利技术还涉及包含温度传感器、电压源或电流源的系统和用于检测电压或电流的测量装置。本发明专利技术还涉及测辐射热计和温度传感器阵列。本发明专利技术还涉及用于温度检测的方法，其中提供温度传感器，提供所述温度传感器的第一电极与第二电极之间的电压或电流，测量所述第一电极与所述第二电极之间的电流或电压，并且由测量的电流或电压测定温度。
Thermal sensor based on Gel
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于凝胶的热传感器本专利技术涉及包含聚合物凝胶的温度传感器。
技术介绍
灵敏地响应于温度变化的材料被用于热摄相机的电温度传感器到微测辐射热计(bolometer)的若干应用中。现有的高性能温度敏感材料(例如，钒氧化物)在室温下的电阻温度系数(temperaturecoefficientsofelectricalresistance，TCR)约为-6％K-1。这些材料从半导体到金属转变期间其晶体结构的变化获得其性质。环境温度的变化影响活植物的生物电势。在枫树(糖槭(Acersaccharum))上体内进行的实验示出树枝电阻与温度之间的指数相关性。这种行为被归因于发生在植物细胞壁中的离子电导率。位于质膜外的植物细胞壁由碳水化合物(例如，直径小至3.0nm的纤维素微原纤维)和与果胶相互连接的半纤维素构成。果胶由富含影响以下性质的半乳糖醛酸的果胶多糖构成：例如孔隙率、表面电荷、pH和离子平衡，因此对细胞壁内的离子转运是至关重要的。果胶包含多种带负电的糖类，其结合阳离子(例如，Ca2+)，形成赋予细胞壁强度和扩展性(expansibility)的交联。已经表明，果胶的凝胶化速率随温度呈指数下降，因此在升高的温度下解离的链的数量更多。这一发现可通过熵效应(entropiceffect)来解释：随着温度升高，两个果胶链之间相互作用的概率降低(Cardoso等(2003)，FoodHydrocoll17(6)：801-807)。此处，我们利用生物聚合物和相关材料的异常高温和湿度敏感性来开发具有独特性质的温度和湿度传感器。本专利技术的目的是提供包含聚合物凝胶的温度传感器。这个目的通过独立权利要求的主题实现。术语和定义在本说明书的上下文中，术语“离子”描述其中电子总数不等于质子总数的原子或分子，这产生原子或分子的净正电荷或净负电荷。在本说明书的上下文中，术语“电压”以其在物理学领域已知的含义使用。其是指交流电(AC)或直流电(DC)状态下的电势。在本说明书的上下文中，术语“电流”以其在物理学领域已知的含义使用。其是指AC或DC。在本说明书的上下文中，术语“电压源”或“电流源”是指AC或DC源。在本说明书的上下文中，术语“电阻抗”以其在物理学领域已知的含义使用。其是指AC电路中电压与电流的复数比(complexratio)。在本说明书的上下文中，术语“电阻”以其在物理学领域已知的含义使用。其是指DC电路中电压与电流的比。在本说明书的上下文中，术语“电导率”以其在物理学领域已知的含义使用。其是指DC中电流与电压的比。在本说明书的上下文中，术语“测辐射热计”描述适于在大于10cm，特别是大于1m的距离测量电磁辐射，特别是红外辐射的装置。术语“测辐射热计”包括“微测辐射热计”。在本说明书的上下文中，术语“微测辐射热计”描述最大延伸(maximalextension)小于10μm，特别地小于5μm，更特别地小于2μm的测辐射热计。在本说明书的上下文中，术语“微温度传感器”描述最大延伸小于10μm，特别地小于5μm，更特别地小于2μm的温度传感器。在本说明书的上下文中，术语“微湿度传感器”描述最大延伸小于10μm，特别地小于5μm，更特别地小于2μm的湿度传感器。在本说明书的上下文中，术语“水凝胶”是指亲水聚合物链的网络。在本说明书的上下文中，术语“聚合物”是指由重复亚基构成的分子，其中所述亚基通过共价键连接。在本说明书的上下文中，术语“带电部分”描述具有正电荷或负电荷的一组原子。在本说明书的上下文中，术语“聚电解质”是指包含带电部分的聚合物。在本说明书的上下文中，术语“生物聚合物”是指生物分子，其也是聚合物，特别地选自多糖、肽、多肽、蛋白质、脱氧核糖核酸(DNA)、或核糖核酸(RNA)。在本说明书的上下文中，术语“果胶”是指包含半乳糖醛酸亚基的杂多糖。在本说明书的上下文中，由术语“果胶”描述的物质可包含甲基酯化的羧基。以下常用化学术语是本领域技术人员已知的，并且通过其化学文摘服务社(ChemicalAbstractServices，CAS)标识号定义以防歧义：藻酸盐：CAS9005-38-3；直链淀粉：CAS9005-82-7；支链淀粉：CAS9037-22-3；羧甲基纤维素：CAS9004-32-4；纤维素：CAS9004-34-6；几丁质(chitin)：CAS1398-61-4；壳聚糖：CAS9012-76-4；葡聚糖：CAS9004-54-0；糖原：CAS9005-79-2；瓜尔糖：CAS9000-30-0；透明质酸：CAS9067-32-7；聚丙烯酸：CAS9003-01-4；聚苯乙烯磺酸盐/酯：CAS28210-41-5；聚乙烯(PE)：CAS9002-88-4；聚丙烯(PP)：CAS9003-07-0；聚苯乙烯(PS)：CAS9003-53-6；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)：CAS9011-14-7；聚氯乙烯(PVC)：CAS9002-86-2；聚偏二氟乙烯(PVDF)：CAS24937-79-9
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了包含传感器凝胶的温度传感器，其中所述传感器凝胶包含聚合物、水(重量份为0.1％或更大)、以及可以在传感器凝胶内移动并且可以特别地结合所述聚合物上的带电部分的离子，其中所述离子的浓度为1pM或更大。所述温度传感器还包含第一电极和第二电极，其中所述第一电极和所述第二电极被所述传感器凝胶彼此分隔。特别地，传感器凝胶适于将电流从第一电极传送到第二电极，其中所述电流取决于传感器凝胶的温度。在某些实施方案中，温度传感器为微温度传感器。在某些实施方案中，传感器凝胶的离子电导率随温度变化。在某些实施方案中，传感器凝胶的电阻抗或电阻随温度变化。在某些实施方案中，传感器凝胶包含水凝胶。在某些实施方案中，聚合物为聚电解质。在某些实施方案中，聚合物选自带电生物聚合物，特别地为肽、多肽或包含带电部分的多糖，更特别地为果胶、藻酸盐或藻酸盐硫酸酯(alginatesulfate)，和/或具有带电部分的合成聚合物，特别地为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸盐/酯(polysterenesulfonate)、透明质酸的阳离子衍生物或羧甲基纤维素。在某些实施方案中，传感器凝胶包含聚合物网络，其中所述网络由共价键和/或离子键和/或物理交联构成。在某些实施方案中，聚合物选自不带电多糖，特别地为琼脂糖、直链淀粉、支链淀粉、胼胝质、纤维素、几丁质、壳聚糖、葡聚糖、糖原、瓜尔糖或半纤维素，或者不带电肽或多肽。在某些实施方案中，聚合物选自合成聚合物，特别地为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)和/或聚偏二氟乙烯(PVDF)。在某些实施方案中，离子具有2个或更多个电荷。在某些实施方案中，离子具有3个电荷。在某些实施方案中，离子具有4个电荷。在某些实施方案中，离子为二价离子。在某些实施方案中，传感器凝胶通过二价离子交联。在某些实施方案中，离子为金属离子。在某些实施方案中，传感器凝胶通过金属离子交联。在某些实施方案中，离子为Ca2+、Mg2+、Cu2+、Sr2+、或Ba2+离子，特别地为Ca2+离子。在某些实施方案中，聚合物为果胶。在某些实施方案中，聚合物为包含甲基酯化的羧基的果胶。有利地本文档来自技高网...
【技术保护点】
温度传感器，其包含：·包含聚合物、水(＞0.1％，特别地为10％至40％)和浓度为1pM或更大的离子的传感器凝胶，·被所述传感器凝胶彼此分隔的第一电极和第二电极。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.26 EP 15161042.5;2015.11.20 EP 15195729.71.温度传感器，其包含：·包含聚合物、水(＞0.1％，特别地为10％至40％)和浓度为1pM或更大的离子的传感器凝胶，·被所述传感器凝胶彼此分隔的第一电极和第二电极。2.根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述聚合物为聚电解质。3.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中所述聚合物选自：a.带电生物聚合物，特别地为肽、多肽或包含带电部分的多糖，更特别地为果胶、藻酸盐或藻酸盐硫酸酯，和/或b.具有带电部分的合成聚合物，特别地为聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸盐/酯、透明质酸的阳离子衍生物或羧甲基纤维素。4.根据权利要求1所述的温度传感器，其中所述聚合物选自：a.不带电多糖，特别地为琼脂糖、直链淀粉、支链淀粉、胼胝质、纤维素、几丁质、壳聚糖、葡聚糖、糖原、瓜尔糖或半纤维素，b.不带电肽或多肽。5.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中所述离子具有2个或更多个电荷，特别地其中所述离子为Ca2+、Mg2+、Cu2+、Sr2+、或Ba2+离子，更特别地为Ca2+离子。6.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中所述传感器凝胶的含水量为单位重量＜60重量％，特别地＜40重量％，更特别地＜30重量％。7.根据前述权利要求中任一项所述的温度传感器，其中离子与所述聚合物的带电部分的化学计量比为1∶1000至3∶1，特别地为1∶100至3∶1，更特别地为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：基亚拉·达拉约，拉法埃莱·迪贾科莫，布鲁诺·马雷斯卡，卢卡·博纳诺米，温琴佐·科斯坦扎，
申请(专利权)人：加州理工学院，
类型：发明
国别省市：美国,US
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