一种柔性体温传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性体温传感器及其制备方法。该传感器包括柔性基底，位于柔性基底上的电极，位于电极上的敏感层，以及用于封装敏感层的封装层，敏感层是石墨烯与聚(3,4‑乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐的复合材料。该传感器具有良好的柔韧性，可贴合在待测体肌肤，并且其电阻对温度具有良好的响应特性，尤其在25℃～45℃之间电阻随温度可呈线性响应，因此对体温探测具有高灵敏性。

A Flexible Body Temperature Sensor and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种柔性体温传感器及其制备方法
本专利技术涉及纳米技术与传感器
，特别涉及一种柔性体温传感器及其制备方法。
技术介绍
人体体温与人体生理系统中的新陈代谢反应密切相关，是判定人体健康和疾病的重要指标，是决定治疗的基础。因此，对人体体温的准确检测具有重要的价值。在传统的医疗诊断中，使用医用红外热像仪或水银温度计测量体温。医用红外热像仪具有高精度和高分辨率，但是成本高、不便携。水银温度计容易被破坏，存在内部的有毒汞易发生泄漏，污染环境的问题。因此，开发灵敏度高、无毒、重量轻、可自然贴合在皮肤表面并具有高分辨率等优点的温度传感器是科技工作者的研究课题之一。截止目前，人们在柔性温度传感器方面做了许多努力，虽然已经取得较大进展，但是用于测量人体体温的温度传感器仍然存在一些不足：没有适用于人体体温测量的合适的温度敏感范围和足够高的分辨率，不易与人体皮肤贴合，结构较复杂、不便携，材料性能不稳定等。
技术实现思路
针对上述技术现状，本专利技术提供一种柔性体温传感器，具有良好的柔韧性，可贴合人体皮肤，并且在25℃～45℃之间其电阻随温度呈线性响应特性。本专利技术所采用的技术方案是：一种柔性体温传感器，包括柔性基底，位于柔性基底上的电极，位于电极上的敏感层，以及用于封装敏感层的封装层；所述敏感层是石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料，作为优选，石墨烯与PEDOT:PSS的质量比为1:100-10:100。所述柔性基底具有柔韧性，可发生拉伸、弯曲等形变。所述的柔性基底材料不限，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等中的一种或者几种。所述电极具有良好的导电性，其材料不限，包括银、铜等金属材料。作为优选，所述电极具有柔韧性。所述封装层具有柔韧性，可发生拉伸、弯曲等形变。所述封装层材料不限，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等中的一种或者几种。本专利技术还提供一种上述体温传感器的制备方法，包括如下步骤：(1)在柔性基底上制备电极；(2)在电极表面制备敏感层；(3)对敏感层进行封装。所述的步骤(1)中，在柔性基底上制备电极的方法不限，包括丝网印刷、喷墨打印、沉积等。所述的步骤(2)中，在电极表面制备敏感层的方法不限，作为一种实现方式，将PEDOT:PSS溶液通过滴涂、喷涂、涂覆、印刷等方法沉积在电极上，固化得到PEDOT:PSS层；然后，将石墨烯溶液通过滴涂、喷涂、涂覆、印刷等方法沉积在PEDOT:PSS层上，固化得到石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层。作为优选，PEDOT:PSS溶液的质量体积浓度为1～20g/L，石墨烯溶液的质量体积浓度为0.1～5g/L。所述的步骤(3)中，封装方法不限，包括将封装层材料溶液印刷、涂覆、喷墨打印，然后固化等方法。与现有技术相比，本专利技术的优点是：(1)本专利技术的温度传感器具有良好的柔韧性，其中基底、敏感层均为柔性材料，电极、封装层可选用柔性材料，因此能够实现全柔性温度传感器，与待测体的肌肤具有良好的贴合性。(2)本专利技术的温度传感器采用石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料作为温度敏感层，电阻对温度具有良好的响应特性，尤其在25℃～45℃之间其电阻随温度可呈线性响应，因此对人体等的体温探测具有高灵敏性。另外，通过调节该复合材料中石墨烯与PEDOT:PSS的组份比例，可调节该柔性温度传感器的量程及灵敏度。(3)本专利技术的温度传感器结构简单、可靠耐用、成本低、重量轻且无毒，具有良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1中的柔性温度传感器的结构示意图。图2是本专利技术实施例1中的柔性温度传感器的电阻随温度变化的曲线。具体实施方式下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。图1中的附图标记为：1-柔性基底，2-电极，3-敏感层，4-封装层。实施例1：柔性温度传感器的结构如图1所示，电极2位于柔性基底1上，敏感层3位于电极2上，封装层4用于封装敏感层3。柔性基底1是聚酰亚胺薄膜。电极2是银叉指电极。敏感层3的材料是石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料，其中，石墨烯与PEDOT:PSS的质量比为1：100。封装层4的材料是聚二甲基硅氧烷。上述柔性温度传感器的制备方法包括以下步骤：(1)聚酰亚胺薄膜作为柔性基底，先后采用乙醇和丙酮对该柔性基底进行超声清洗15分钟，超声清洗之后，在恒温电鼓风干燥箱内以100℃干燥10分钟；(2)在柔性基底上利用模版丝网印刷导电银浆，之后在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理10分钟，在柔性基底上制得银叉指电极；(3)配制体积浓度为10g/L的PEDOT:PSS水溶液20ml，超声震荡30分钟，记作溶液A；配制体积浓度为0.1g/L的石墨烯乙醇溶液10ml，超声震荡30分钟，记作溶液B；将溶液A滴涂至银叉指电极上，每次滴2μl，滴3次，在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理30分钟，得到位于银叉指电极上的PEDOT:PSS层；将溶液B滴涂至PEDOT:PSS层上，每次滴2μl，滴3次，在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理30分钟，得到位于银叉指电极上的石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层；(4)配制聚二甲基硅氧烷与固化剂以质量比为10：1组成的混合溶液，将该混合溶液滴至步骤(3)处理后的银叉指电极上，放置50分钟，实现对石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层的封装。上述制得的柔性温度传感器具有良好的柔韧性，可良好地贴合人体皮肤。上述制得的柔性温度传感器暴露于不同温度下的电阻响应曲线如图2所示，从图2可知，该柔性温度传感器的电阻对温度响应敏感，尤其是在25℃～45℃之间其电阻随温度呈线性响应。实施例2：柔性温度传感器的结构如图1所示，电极2位于柔性基底1上，敏感层3位于电极2上，封装层4用于封装敏感层3。柔性基底1是聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜。电极2是银叉指电极。敏感层3的材料是石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料，其中，石墨烯与PEDOT:PSS的质量比为1：10。封装层4的材料是聚酰亚胺。上述柔性温度传感器的制备方法包括以下步骤：(1)聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜作为柔性基底，先后采用乙醇和丙酮对该柔性基底进行超声清洗30分钟，超声清洗之后，在恒温电鼓风干燥箱内以80℃干燥20分钟；(2)在柔性基底上喷墨打印导电银墨水，之后在恒温电鼓风干燥箱内120℃热处理20分钟，在柔性基底上制得银叉指电极；(3)配制体积浓度为20g/L的PEDOT:PSS水溶液30ml，超声震荡30分钟，记作溶液A；配制体积浓度为2g/L的Graphene乙醇溶液2ml，超声震荡40分钟，记作溶液B；将溶液A喷墨打印至银叉指电极上，喷墨打印5次，之后在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理30分钟，得到位于银叉指电极上的PEDOT:PSS层；将溶液B喷墨打印至PEDOT:PSS层上，喷墨打印5次，之后在恒温电鼓风干燥箱内以100℃热处理30分钟，得到位于银叉指电极上的石墨烯与PEDOT:PSS的复合材料层；(4)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性体温传感器，其特征是：包括柔性基底，位于柔性基底上的电极，位于电极上的敏感层，以及用于封装敏感层的封装层；所述的敏感层是石墨烯与聚(3,4‑乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种柔性体温传感器，其特征是：包括柔性基底，位于柔性基底上的电极，位于电极上的敏感层，以及用于封装敏感层的封装层；所述的敏感层是石墨烯与聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的复合材料。2.如权利要求1所述的柔性体温传感器，其特征是：所述复合材料中，石墨烯与PEDOT:PSS的质量比为1:100-10:100。3.如权利要求1所述的柔性体温传感器，其特征是：所述的柔性基底材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯中的一种或者几种。4.如权利要求1所述的柔性体温传感器，其特征是：所述的电极具有柔韧性；作为优选，所述的封装层具有柔韧性；作为优选，所述的封装层材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚氨酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯中的一种或者几种。5.如权利要求1所述的柔性体温传感器，其特征是：通过调节所述复合材料中石墨烯与PEDOT:PSS的组份比例调节所述柔性温度传感器的量程及灵敏度。6.如权利要求1所述的柔性体温传感器，其特征是：在25℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟杰，杨鹏宇，吕大伍，沈文锋，杨晔，谭瑞琴，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33