柔性铁电聚合物热释电材料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铁电聚合物热释电材料传感器及其制备方法，本发明专利技术以聚偏氟乙烯(PVDF)为基础的铁电聚合物，传感器依次包括上柔性层，上铜箔集流层，聚偏氟乙烯热释电层，下铜箔集流层和下柔性层。聚偏氟乙烯热释电层贴合在上铜箔集流层和下铜箔集流层，贴合聚偏氟乙烯热释电层的上下铜箔层通过导线与外部电路连接，上柔性层贴合在下柔性层和贴合有上、下铜箔层的聚偏氟乙烯热释电层上面。同时，本发明专利技术还提供了该热释电传感器的制备方法。本发明专利技术的热释电传感器具有散热快，响应快，结构简单，具有实时监测体温的功能。具有实时监测体温的功能。具有实时监测体温的功能。

【技术实现步骤摘要】
柔性铁电聚合物热释电材料传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种柔性铁电聚合物热释电材料传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]塞贝克效应是指导体或半导体两点之间的温差会引起电压差；换句话说，导体或半导体中的温度梯度会产生电场。从微观上分析，塞贝克效应形成的原因如下：以N型半导体材料为例，当温度梯度施加于材料两端，高温端有较多的高能电子，而冷端有较多的低能电子，在热扩散过程中，高能电子拥有更高的动能，使得其相较于低能电子，能更快的到达另一端，从而使材料两端产生不对称的电子数，继而形成电场，当电子受到的逆向电场的漂移力与热运动产生的扩散力达成动态平衡时，两端形成了稳定的电势差。而聚偏氟乙烯作为一种有机柔性铁电聚合物具有优异的热释电性能。
[0003]传统的温度传感器，大多由无机材料制成，不具备柔性，舒适，可穿戴的特性。鉴于温度传感器可以测量物体的温度，广泛应用于人类生活的各个方面。传统的测温方式常见的有水银温度计和红外测温枪，水银温度计测温精准，但是测温时间太长，在这个快节奏的时代显然不太适用，而且水银有毒，对人体的身体健康会造成威胁；而红外测温枪的原理是利用物体表面的红外辐射来求得被测温度的，但使用方法的不当和环境因素的影响会使红外测温枪的准确度大打折扣。随着技术的进步，物联网的发展，柔性温度传感器有望通过可穿戴的方式实时获取人体的体温信号，在医疗健康监测、运动检测、便携式电子设备、人机交互等各个方面有重要的应用潜力。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有传感器技术存在的测温时间长，测温不精准等缺陷，提供一种具有优异精度的，响应快的，柔性，结构简单的柔性铁电聚合物热释电材料传感器及其制备方法，即基于聚偏氟乙烯材料的热释电传感器及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种柔性铁电聚合物热释电材料传感器，其特征在于：以聚偏氟乙烯为基础的铁电聚合物，所述的热释电传感器呈三明治结构，由上至下依次包括上柔性层，上铜箔集流层即上集流层，聚偏氟乙烯热释电层即热释电层，下铜箔集流层即下集流层，和下柔性层，用导电银浆制成引出端子分别附在上铜箔集流层、下铜箔集流层上，并且通过导线与外部相连；
[0007]所述聚偏氟乙烯热释电层贴合在上铜箔集流层和下铜箔集流层，所述聚偏氟乙烯热释电层为薄膜结构，位于热释电传感器的中间层；
[0008]所述上铜箔集流层和下铜箔集流层的一面分别贴附在热释电层的上、下两面，并且上铜箔集流层和下铜箔集流层表面各使用导电银浆分别滴定制成一个引出端子，连接导线；所述上铜箔集流层、下铜箔集流层均为纯铜薄片制成，所述导电银浆制成引出端子分别
贴附在上铜箔集流层、下铜箔集流层的上面，所述引出端子通过导线与外部电路连接；
[0009]所述上柔性层、下柔性层位于整个热释电传感器的最外层，包覆住热释电层和铜箔集流层；
[0010]所述聚偏氟乙烯热释电层的薄膜结构均匀分布在上铜箔集流层和下铜箔集流层之间，两个所述的引出端子分别位于上铜箔集流层和下铜箔集流层之上。
[0011]作为优选方案，所述上柔性层、下柔性层的材料为聚酰亚胺PI。
[0012]进一步地，所述上柔性层、下柔性层，厚度均为100μm；
[0013]所述上铜箔集流层、下铜箔集流层，厚度均为10μm；
[0014]所述聚偏氟乙烯层，厚度为50
‑
200μm；
[0015]所述导电端子由导电银浆制成，厚度为100μm；
[0016]所述导线为漆包线，直径为10μm。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种柔性铁电聚合物热释电材料传感器的制备方法，包括如下步骤：
[0018]S1：将一定质量的聚偏氟乙烯粉末溶于DMF，丙酮，或者两者的混合溶液中，聚偏氟乙烯溶液浓度控制在10％
‑
22％，溶剂体系DMF/丙酮(7:3)超声混合溶解30min，超声温度为40℃，聚偏氟乙烯全部溶解后，抽真空滤泡，密封静置5h，得到稳定的聚偏氟乙烯溶液。将已制备好的衬底基片放在基片架上，通过三步法来清洗，即先将基片先后放入丙酮，乙醇，去离子水中，依次进行超声清洗。清洗基片后，通过氮气吹去水滴，并放入真空干燥箱中干燥，留做旋涂备用。
[0019]S2：制备所述聚偏氟乙烯热释电层，将聚偏氟乙烯溶液置于旋涂机上的基片上，调整旋涂机合适的转速和时间制备得到聚偏氟乙烯薄膜。将制备的聚偏氟乙烯薄膜放入真空干燥箱干燥后剥离，剪裁成合适的大小。
[0020]S3：安装所述的上、下铜箔集流层，将铜箔剪裁成合适的大小，将上、下带有黏性的一面分别贴附在聚偏氟乙烯薄膜的两面，然后分别在上、下铜箔上各引出一个端子，再将导线连接在端子上。
[0021]S4：安装所述的上、下柔性层，将PI膜剪裁成合适的大小，将上、下柔性层包住贴合有上、下铜箔集流层的聚偏氟乙烯热释电层上面，即可获得所述的热释电传感器。
[0022]在步骤S2中，选择的匀胶条件为500rmp/min，10s；甩胶条件为2000rmp/min，15s。制备完湿膜后，将基片烘干处理。温度为100℃，时间6h；步骤S2中，将制备的聚偏氟乙烯薄膜放入真空干燥箱内，温度设为60℃，烘干时间为1h；制备的聚偏氟乙烯薄膜剪裁成2
×
2cm 大小。
[0023]在步骤S3中，铜箔剪裁成1.5
×
1.5cm大小；
[0024]在步骤S4中，PI膜剪裁成2.5
×
2.5cm大小。
[0025]在步骤S3中，在所述的铜箔集流层表面上，滴上一滴导电银浆作为引出端子，将漆包线作为导线连接到导电银浆之上，并且烘干固定。导电银浆制作引出端子，然后放置在真空干燥箱内，温度设为100℃，干燥时间为1h。
[0026]本专利技术的优点及有益效果如下：
[0027]本专利技术的技术方案是基于塞贝克效应，即材料两端的温度不同的情况下，可以产生输出电压，且两端有不同的温差产生会输出的不同的电压，因此该传感器具有精度高，响
应快，能耗低的特点，同时材料本身和整个热释电传感器均为柔性可弯曲基底，在医疗卫生、电子设备、可穿戴领域等均有极大的应用潜力。
[0028]本专利技术利用无线蓝牙技术建立了人体体温检测系统，对人体的身体状况进行监测。该系统的设计目的是监测人体的体温，获取人体的体表温度数据，并进行初始处理，再通过蓝牙将数据传送到手机终端，通过手机软件进一步处理，合成曲线图。使用传感器和其他组件，温度传感器用于志愿者的体温监测。
[0029]本专利技术介绍的热释电温度传感器和无线蓝牙系统可以组成的人体信号整体监测系统。 PVDF具有优异的热释电性能，综合性能在其他传统热释电材料之上。手机软件平台成功地与温度传感器连接，可以产生病人或应用的生命体征和温度数据。总体而言，该系统的性能在收集人体数据方面是有效的，这是基于物联网的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性铁电聚合物热释电材料传感器，其特征在于：以聚偏氟乙烯为基础的铁电聚合物，所述的热释电传感器呈三明治结构，由上至下依次包括上柔性层，上铜箔集流层即上集流层，聚偏氟乙烯热释电层即热释电层，下铜箔集流层即下集流层，和下柔性层，用导电银浆制成引出端子分别附在上铜箔集流层、下铜箔集流层上，并且通过导线与外部相连；所述聚偏氟乙烯热释电层贴合在上铜箔集流层和下铜箔集流层，所述聚偏氟乙烯热释电层为薄膜结构，位于热释电传感器的中间层；所述上铜箔集流层和下铜箔集流层的一面分别贴附在热释电层的上、下两面，并且上铜箔集流层和下铜箔集流层表面使用导电银浆各滴定一个引出端子，连接导线；所述上铜箔集流层、下铜箔集流层均为纯铜薄片制成，所述导电银浆制成引出端子分别贴附在上铜箔集流层、下铜箔集流层的上面，所述引出端子通过导线与外部电路连接；所述上柔性层、下柔性层位于整个热释电传感器的最外层，包覆住热释电层和铜箔集流层；所述聚偏氟乙烯热释电层的薄膜结构均匀分布在上铜箔集流层和下铜箔集流层之间，两个所述的引出端子分别位于上铜箔集流层和下铜箔集流层之上。2.如权利要求1所述的柔性铁电聚合物热释电材料传感器，其特征在于：所述上柔性层、下柔性层的材料为聚酰亚胺PI。3.如权利要求2所述的柔性铁电聚合物热释电材料传感器，其特征在于：所述上柔性层、下柔性层，厚度均为100μm；所述上铜箔集流层、下铜箔集流层，厚度均为10μm；所述聚偏氟乙烯层，厚度为50
‑
200μm；所述导电端子由导电银浆制成，厚度为100μm；所述导线为漆包线，直径为10μm。4.一种制备如权利要求1至3中任一所述柔性铁电聚合物热释电材料传感器的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将聚偏氟乙烯粉末溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF，丙酮，或者两者的混合溶液中，超声混合溶解30min，超声温度为40℃，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑譞，郭磊，王亚霖，肖宇飞，苗欣，胡涛，龚兴厚，岑宏宇，吴崇刚，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：