一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器、制备方法及其应用技术

一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器、制备方法及其在温度传感中的应用，属于温度传感技术领域。该柔性温度传感器具有平面的层状结构，由上电极层、中部双层水凝胶温度敏感薄膜、下电极层组成；其中，双层水凝胶温度敏感薄膜由聚乙烯醇水凝胶薄膜与聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶薄膜组成，通过将上电极层、中部水凝胶温度敏感薄膜和下电极层压合在一起即可得到该传感器。通过改变水凝胶薄膜的厚度及其中所含的离子浓度，调控离子在水凝胶薄膜中的传输过程，实现高精度温度传感；制得的传感器具有高灵敏度、高分辨率以及良好的循环稳定性，为体温的高精度监测提供了可能，在人体健康监测领域以及电子皮肤领域具有良好的应用前景。有良好的应用前景。有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于温度传感
，具体涉及一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器、制备方法及其在温度传感中的应用。

技术介绍

[0002]在人体的各项生理指标中，体温是反映人体健康状况的一个重要参数，体温的相对稳定是保证人体新陈代谢等基本生命活动正常进行的必要条件。体温过高通常是由于病毒或者细菌感染引起的，往往伴随着肺或呼吸道等功能性器官发生炎症；而体温过低则意味着人体基础代谢率较低，往往预示着出现甲状腺功能衰退、贫血等一些基础代谢性疾病。因此，体温的监测对于评估人体各项生命活动的质量至关重要。然而，由于体温的变化区间较窄，很小的体温波动都可以反映出人体健康状态的变化，这对温度传感器的精度提出了较高的要求。
[0003]随着人们对自身健康关注的不断增强，电阻式的柔性温度传感器凭借结构简单、易于集成等优点已经被广泛报道。通常用于电阻式柔性温度传感器的敏感材料主要分为电子导电型复合材料和离子导电型复合材料。电子导电型复合材料通常由金属或半导体颗粒分散于柔性聚合物弹性体组成，往往会存在均匀性和柔韧性较差等问题；而离子导电型复合材料具有良好的柔韧性和稳定性，已被广泛应用于柔性传感器的制备，但是基于离子导电型复合材料构筑的柔性温度传感器存在响应低和响应恢复时间长等问题。因此，为满足监测体温的需求，设计一种高灵敏度的柔性温度传感器具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]针对目前存在的问题，本专利技术的目的是通过利用温度对离子迁移运动的调控作用，设计一种具有双层结构的水凝胶薄膜，进而通过调控离子的浓度及其传输路径，提供一种具有良好温度传感功能的离子型温度传感器、制备方法及其应用，实现在近体温区间的高灵敏检测，以解决现有温度传感器在体温监测中的不足。
[0005]本专利技术所述的一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器具有平面的层状结构，由印有导电材料的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上电极层、中部双层水凝胶温度敏感薄膜、印有导电材料的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)下电极层组成；其中，双层水凝胶温度敏感薄膜由聚乙烯醇水凝胶薄膜与聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶薄膜组成，通过将上电极层、中部水凝胶温度敏感薄膜和下电极层粘结在一起即可得到层状结构的柔性温度传感器。温度改变时，通过双层水凝胶温度敏感薄膜的电流会发生变化，通过测量电流值，可以计算得到传感器的响应，从而获取传感器响应与当前温度之间的对应关系并建立温度检测模型。实际应用时，测得传感器的响应，通过该温度检测模型即可以得到当前温度，实现对温度的检测。器件的响应(S)定义为：S＝I
T
/I0，其中I
T
是温度为T时的器件电流，I0是10℃时的器件电流。
[0006]本专利技术所述的一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器的制备方法，其步骤如下：
[0007](1)将0.5～1.0g聚乙烯醇粉末(分子量为63800～114400)加入到10mL去离子水中，在85～95℃条件下搅拌3～5h，得到聚乙烯醇溶液；
[0008](2)将0.1～1.0g丙三醇加入到步骤(1)得到的聚乙烯醇溶液中，在85～95℃条件下搅拌3～5h，得到聚乙烯醇水凝胶前体溶液；
[0009](3)重复步骤(1)，得到聚乙烯醇溶液；将0.1～1.0g丙三醇和1.0～4.0g聚苯乙烯磺酸钠(分子量为70000～80000)加入到该聚乙烯醇溶液中，在85～95℃条件下搅拌3～5h，得到聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶前体溶液；
[0010](4)将两片聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底(其尺寸为2cm*2cm，厚度为240～300μm)分别用乙醇和去离子水依次超声清洗并烘干；
[0011](5)将导电银浆(电导率高于1
×
105S/cm)通过丝网印刷法分别印刷在两片聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上，作为上电极层和上电极层；
[0012](6)将步骤(2)得到的聚乙烯醇水凝胶前体溶液冷却至室温并静置10～15h，取0.5～1.0mL该溶液滴涂于步骤(5)得到的下电极层上，置于通风橱中静置5～10h，在下电极层表面得到聚乙烯醇水凝胶薄膜，厚度为80～300μm；
[0013](7)将步骤(3)得到的聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶前体溶液冷却至室温并静置10～15h，取0.5～1.0mL该溶液滴涂于步骤(5)得到的上电极层上，置于通风橱中静置5～10h，在上电极层表面得到聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶薄膜，厚度为50～200μm；
[0014](8)将步骤(6)和步骤(7)得到的两层水凝胶薄膜压合，从而制备得到基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器，结构为聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、上电极层、聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶薄膜、聚乙烯醇水凝胶薄膜、下电极层和聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底，所得的传感器厚度为0.7～1.0mm。
[0015]本专利技术的优点是：
[0016]1)本专利技术中水凝胶薄膜制备过程简单不涉及聚合物的聚合过程，并且溶剂为水，绿色无污染，成本低廉，适合批量生产；
[0017]2)本专利技术中具有层状结构的水凝胶基温度传感器无需复杂的制备工艺，仅通过简单的滴涂后压合的方式制备，适合工业大批量生产，并且具有良好的柔韧性；
[0018]3)本专利技术所制得的双层水凝胶型温度传感器I
‑
V曲线显示出非欧姆特性，佐证了离子在层间的传输现象；并且其电阻随温度变化明显，具有良好的温度传感特性；
[0019]4)本专利技术基于水凝胶离子迁移率的温度依赖特性，构筑了具有层状结构的水凝胶薄膜型温度传感器。通过改变水凝胶薄膜的厚度及其中所含的离子浓度，调控离子在水凝胶薄膜中的传输过程，基于离子传输过程的温度依赖特性实现高精度温度传感，可分辨0.03℃的温度变化，为体温的高精度监测提供了可能，在人体健康监测领域以及电子皮肤领域具有良好的应用前景。
附图说明
[0020]图1是本专利技术所制备的柔性温度传感器的结构示意图。
[0021]各部分名称为：印有导电材料的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上电极层1和印
有导电材料的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)下电极层6，贴敷于上下电极层的导电铜线2和5，在上电极层表面滴涂的聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶薄膜3，在下电极层表面滴涂的聚乙烯醇水凝胶薄膜4。
[0022]图2是实施例3中聚乙烯醇
‑
聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇双层水凝胶温度敏感薄膜的傅里叶红外光谱。
[0023]图3是实施例3中基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器的I
‑
V特性曲线。
[0024]图4是实施例3中基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器在不同温度下的电流变化曲线。
[0025]图5是实施例3中基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器对不同温度的响应曲线。
[0026]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传感器的制备方法，其步骤如下：(1)将0.5～1.0g聚乙烯醇粉末加入到10mL去离子水中，搅拌得到聚乙烯醇溶液；(2)将0.1～1.0g丙三醇加入到步骤(1)得到的聚乙烯醇溶液中，搅拌得到聚乙烯醇水凝胶前体溶液；(3)重复步骤(1)，得到聚乙烯醇溶液；将0.1～1.0g丙三醇和1.0～4.0g聚苯乙烯磺酸钠加入到该聚乙烯醇溶液中，搅拌得到聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶前体溶液；(4)将两片聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底分别用乙醇和去离子水依次超声清洗并烘干；(5)将导电银浆通过丝网印刷法分别印刷在两片聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上，作为上电极层和上电极层；(6)将步骤(2)得到的聚乙烯醇水凝胶前体溶液冷却至室温并静置10～15h，取0.5～1.0mL该溶液滴涂于步骤(5)得到的下电极层上，置于通风橱中静置5～10h，在下电极层表面得到聚乙烯醇水凝胶薄膜，厚度为80～300μm；(7)将步骤(3)得到的聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶前体溶液冷却至室温并静置10～15h，取0.5～1.0mL该溶液滴涂于步骤(5)得到的上电极层上，置于通风橱中静置5～10h，在上电极层表面得到聚苯乙烯磺酸钠/聚乙烯醇水凝胶薄膜，厚度为50～200μm；(8)将步骤(6)和步骤(7)得到的两层水凝胶薄膜压合，从而制备得到基于双层水凝胶温度敏感薄膜的柔性温度传...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彤，李凡，赵红然，林修竹，周婷婷，费腾，刘森，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：