一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法，属于薄膜热电偶制备方法技术领域。该方法包括：通过喷墨打印方法，将绝缘层纳米微粒墨水沉积在基板表面，烧结得到绝缘层；将粘接层纳米微粒墨水沉积在绝缘层表面，烧结得到粘接层；将热电偶正极材料纳米微粒功能墨水和热电偶负极材料纳米微粒功能墨水沉积在粘接层表面，形成导电的热电偶线路；将保护层纳米微粒墨水沉积在热电偶表面，烧结得到保护层。该方法通过喷墨打印的方式，延长了热电偶的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法
本专利技术薄膜热电偶制备方法
，具体涉及一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法。
技术介绍
喷墨打印的印刷技术具有体积小、操作简单方便、打印噪音低等优点，能够快速、便捷地将墨水沉积在目标基板表面。将有机/无机功能材料墨水沉积在目标表面，能够实现电子线路在表面的加工。通过喷墨打印的方式将热电偶材料沉积在基板表面，能够实现表面温度的测量。薄膜热电偶能够通过磁控溅射、热喷涂等方式沉积在测温表面，进行表面温度的测量。但是这些工艺需要掩膜，成本较高，工艺较复杂。利用喷墨打印的方式无需掩膜，能够直接将热电偶材料沉积在测温表面，成本低，工艺简单。但是喷墨打印沉积热电偶需要考虑绝缘、粘接和保护等问题。因此，对于喷墨打印沉积热电偶需要考虑测温过程的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于喷墨打印的薄膜热电偶的制备方法，该方法通过喷墨打印的方式，延长了热电偶的使用寿命。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法，包括：步骤一：通过喷墨打印方法，将绝缘层纳米微粒墨水沉积在基板表面，烧结得到绝缘层；步骤二：通过喷墨打印方法，将粘接层纳米微粒墨水沉积在绝缘层表面，烧结得到粘接层；步骤三：通过喷墨打印方法，将热电偶正极材料纳米微粒功能墨水和热电偶负极材料纳米微粒功能墨水沉积在粘接层表面，沉积图案连接形成热电偶纳米微粒线路，通过烧结的方法使纳米微粒结晶化，形成导电的热电偶线路，两种材料的连接点即为热电偶温度测点；步骤四：通过喷墨打印方法，将保护层纳米微粒墨水沉积在热电偶表面，烧结得到保护层。优选的，所述的绝缘层纳米微粒墨水所用的材料为氧化铝、氮化硅、碳化硅、玻璃、云母或硅橡胶。优选的，所述的粘接层纳米微粒墨水所用的材料为玻璃粉。优选的，所述的热电偶正极材料纳米微粒功能墨水和热电偶负极材料纳米微粒功能墨水所用的材料为镍铬、铜镍、镍硅、镍铬硅、铁、纯铜、纯铂、铂铑10或铂铑30。优选的，所述的保护层纳米微粒墨水所用的材料为氧化铝、氮化硅、碳化硅、玻璃材料、云母或硅橡胶。优选的，所述的步骤一至步骤四中烧结方式为高温烧结、激光烧结、微波烧结、电烧结或疝气灯烧结。优选的，所述的步骤一至步骤四中烧结温度为500-1500℃，烧结时间为1s-2h。优选的，所述的绝缘层、粘接层、保护层的厚度分别为500纳米-200微米。本专利技术的有益效果本专利技术提供一种基于喷墨打印的薄膜热电偶的制备方法，该方法基于喷墨打印技术，首先将绝缘纳米微粒和粘接纳米微粒与分散剂制成的绝缘层墨水和粘接层墨水喷墨沉积在基板表面，通过烧结形成热电偶绝缘层和粘接层；将热电偶材料纳米微粒于分散剂制成的功能墨水喷墨沉积在基板表面，形成纳米微粒热电偶线路，通过烧结形成导电的热电偶线路，实现在表面快速加工热电偶线路；将保护层纳米微粒与分散剂制成的保护层墨水喷墨沉积在热电偶线路上，烧结形成保护层延长热电偶使用寿命。附图说明图1为薄膜热电偶的多层沉积示意图；图中，1、基板，2、绝缘层，3、粘接层，4、薄膜热电偶，5、保护层；图2为实施例2铜镍和镍纳米微粒通过喷墨打印和烧结处理在陶瓷基板表面沉积的薄膜热电偶示意图；图2说明了在陶瓷表面喷墨打印沉积薄膜热电偶的可行性；图3为实施例2热电偶标定曲线。图3说明了在陶瓷表面喷墨打印沉积薄膜热电偶并且能够测温的可行性。具体实施方式一种基于喷墨打印的薄膜热电偶的制备方法，如图1所示，包括：步骤一：通过喷墨打印方法，将绝缘层纳米微粒墨水沉积在基板1表面，烧结得到绝缘层2；所述的绝缘层纳米微粒墨水是先将绝缘层材料按照本领域常规方法制备成纳米微粒，然后将纳米颗粒溶于溶剂中，得到绝缘层纳米微粒墨水；所述的溶剂没有特殊限制，能溶解绝缘层材料即可，优选为乙二醇、丙二醇、环己烷或甲醇；所述的绝缘层材料没有特殊限制，优选为陶瓷材料如氧化铝、氮化硅或碳化硅，玻璃材料，树脂，其他绝缘材料如云母或硅橡胶；所述的喷墨打印速度优选为10m/s，点间距优选为0.1mm。步骤二：通过喷墨打印方法，将粘接层纳米微粒墨水沉积在绝缘层2表面，烧结得到粘接层3；所述的粘接层纳米微粒墨水先将粘接层材料按照本领域常规方法制备成纳米微粒，然后将纳米颗粒溶于溶剂中，得到粘接层纳米微粒墨水；所述的溶剂没有特殊限制，能溶解粘接层材料即可，优选为乙二醇、丙二醇、环己烷或甲醇；所述的粘接层是为了增加绝缘层和热电偶层间的粘接性，可以选用本领域常规使用的粘接材料，如玻璃粉除此之外，部分绝缘层材料也能作为粘接层使用，优选陶瓷或树脂。喷墨打印速度优选为10m/s，点间距优选为0.1mm。步骤三：通过喷墨打印方法，将热电偶正极材料纳米微粒功能墨水和热电偶负极材料纳米微粒功能墨水分别沉积在粘接层3表面，沉积图案连接形成热电偶纳米微粒线路，通过烧结的方法使纳米微粒结晶化，形成导电的热电偶线路即薄膜热电偶4，两种材料的连接点即为热电偶温度测点；所述的热电偶正极材料纳米微粒功能墨水和热电偶负极材料纳米微粒功能墨水是分别将热电偶正极材料和热电偶负极材料按照本领域常规方法制备成纳米微粒，然后将纳米颗粒溶于溶剂中得到的；所述的溶剂没有特殊限制，能溶解热电偶正极材料和热电偶负极材料即可，优选为乙二醇、丙二醇、环己烷或甲醇；所述的热电偶正极材料纳米微粒功能墨水和热电偶负极材料纳米微粒功能墨水所用的材料优选为镍铬、铜镍、镍硅、镍铬硅、铁、纯铜、纯铂、铂铑10或铂铑30。所述的喷墨打印速度优选为10m/s，点间距优选为0.1mm。步骤四：通过喷墨打印方法，将保护层纳米微粒墨水沉积在薄膜热电偶4表面，烧结得到保护层5。所述的保护层纳米微粒墨水先将保护层材料按照本领域常规方法制备成纳米微粒，然后将纳米颗粒溶于溶剂中，得到保护层纳米微粒墨水；所述的溶剂没有特殊限制，能溶解保护层材料即可，优选为乙二醇、丙二醇、环己烷或甲醇；所述的保护层的目的是防止热电偶被氧化以及防止其被测温环境破坏，延长热电偶的使用寿命。保护层材料仍需要绝缘，材料选择可以与绝缘层材料一致，如氧化铝、氮化硅、碳化硅等陶瓷材料，玻璃材料，树脂，云母，硅橡胶等。本专利技术所述的在制备各个层的墨水时，优选在墨水中加入表面活性剂，以能够增加墨水的稳定剂，所述的稳定剂没有特殊限制，优选为PVP。本专利技术是通过烧结的方法将各层纳米微粒结晶化，形成绝缘层、粘接层、导电的热电偶线路和保护层。两种热电偶材料线路的连接点处即为测温点。烧结方式没有特殊限制，优选为高温烧结、激光烧结、微波烧结、电烧结、疝气灯烧结等。本专利技术所述的烧结温度和烧结时间取决于烧结方式与纳米微粒的种类。烧结温度优选为500-1500℃，烧结时间优选为1s-2h。具体的说，对于高温烧结，陶瓷纳米微粒需要较高的温度(>1200℃)和较长的时间(1h左右)；高温烧结的铜纳米微粒烧结温度较低(>600℃)，时间较短(30mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法，其特征在于，包括：/n步骤一：通过喷墨打印方法，将绝缘层纳米微粒墨水沉积在基板表面，烧结得到绝缘层；/n步骤二：通过喷墨打印方法，将粘接层纳米微粒墨水沉积在绝缘层表面，烧结得到粘接层；/n步骤三：通过喷墨打印方法，将热电偶正极材料纳米微粒功能墨水和热电偶负极材料纳米微粒功能墨水沉积在粘接层表面，沉积图案连接形成热电偶纳米微粒线路，通过烧结的方法使纳米微粒结晶化，形成导电的热电偶线路，两种材料的连接点即为热电偶温度测点；/n步骤四：通过喷墨打印方法，将保护层纳米微粒墨水沉积在热电偶表面，烧结得到保护层。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法，其特征在于，包括：
步骤一：通过喷墨打印方法，将绝缘层纳米微粒墨水沉积在基板表面，烧结得到绝缘层；
步骤二：通过喷墨打印方法，将粘接层纳米微粒墨水沉积在绝缘层表面，烧结得到粘接层；
步骤三：通过喷墨打印方法，将热电偶正极材料纳米微粒功能墨水和热电偶负极材料纳米微粒功能墨水沉积在粘接层表面，沉积图案连接形成热电偶纳米微粒线路，通过烧结的方法使纳米微粒结晶化，形成导电的热电偶线路，两种材料的连接点即为热电偶温度测点；
步骤四：通过喷墨打印方法，将保护层纳米微粒墨水沉积在热电偶表面，烧结得到保护层。


2.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法，其特征在于，所述的绝缘层纳米微粒墨水所用的材料为氧化铝、氮化硅、碳化硅、玻璃、云母或硅橡胶。


3.根据权利要求1所述的一种基于喷墨打印的薄膜热电偶制备方法，其特征在于，所述的粘接层纳米微粒墨水所用的材料为玻璃粉。


4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱璐，张梦森，陶智，王毅，张盛丰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11