【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度传感设备，特别是涉及一种柔性可穿戴热敏传感器阵列及其制备方法和应用。
技术介绍
1、体温是反映人体健康状况的一项重要指标，利用可穿戴温度传感器对术后患者的体温进行持续、无创的检测有利于改善预后、降低死亡率；此外，作为电子皮肤中触觉感知的重要组成部分，分布式温度传感器通过模拟人体密集分布的感受器使烧伤等疾病患者重获感知外界刺激的能力，极大的提高了患者的生活质量。由于体温波动变化较小，可穿戴温度传感器应该柔软、灵活、灵敏度高、生物相容性好、重量轻，自然的贴敷于皮肤表面并且具有足够高的分辨率。
2、根据响应原理不同，温度敏感材料可分为热敏材料、热阻材料和热电偶；其中，金属氧化物作为一种本征p型的氧化物半导体，具有优异的温度灵敏度(b值)、良好的化学稳定型和经济的成本。传统的金属氧化物热敏电阻阵列包括利用激光直写技术在聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性基板表面还原烧结的氧化镍传感材料、利用喷墨打印技术在聚酰亚胺薄膜上喷涂并煅烧固化的纳米氧化镍热敏电阻、在柔性基底表面固化的纳米氧化镍颗粒-柔性聚合物橡胶混合热敏材料等，这些在柔性基底表面制备得到的金属氧化物热敏电阻阵列具有高像素密度和温度灵敏度，但由于柔性基底具有致密和不透气的特性，在长期穿戴过程中，会增加不适感和患皮肤炎症的可能性。另外，传统的金属氧化物热敏电阻阵列容易受到应变和压力等外力作用的干扰，影响温度传感的准确率。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种柔性可穿戴热敏传感器阵列及其制备方法和应用，
2、本专利技术公开了一种柔性可穿戴热敏传感器阵列，包括通过平纹编织法交叉排布的柔性可穿戴热敏纤维和导电检测线，以及覆盖交叉排布区域的封装保护层；
3、其中，所述柔性可穿戴热敏纤维包括导电纤维以及包覆于所述导电纤维任意一端外表面的热敏涂层，所述热敏涂层以高分子聚合物为基体，且所述基体中包括有金属氧化物；所述热敏涂层的表面设置有外电极检测端，且所述外电极检测端位于所述导电检测线在所述热敏涂层的投影面积内，所述导电检测线通过所述外电极检测端与所述柔性可穿戴热敏纤维形成电连接。
4、在一实施方式中，所述外电极检测端的数量为2个以上，所述外电极检测端的排布密度为6个/cm2-16个/cm2。
5、在一实施方式中，所述热敏涂层还满足以下条件中的至少一个：
6、(1)所述金属氧化物包括纳米氧化镍、纳米氧化铜、纳米氧化铝中的至少一种；所述高分子聚合物包括聚酰亚胺、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚偏氟乙烯中的至少一种；
7、(2)所述金属氧化物在所述热敏涂层中的质量分数为20％-50％；
8、(3)所述热敏涂层的厚度为10μm-100μm，所述导电纤维的直径为0.1mm-0.2mm。
9、在一实施方式中，所述导电纤维和所述导电检测线分别独立的选自钨丝、铜丝、不锈钢丝、碳纤维、镀铜尼龙或镀银尼龙。
10、一种如上述的柔性可穿戴热敏传感器阵列的制备方法，包括以下步骤：
11、将导电纤维的任意一端浸入复合油墨中进行镀膜提拉，然后进行固化处理形成热敏涂层，其中，所述复合油墨由热敏材料与高分子聚合物溶液混合得到；
12、在所述热敏涂层的表面间隔点涂银浆，然后进行干燥处理形成外电极检测端，得到柔性可穿戴热敏纤维；
13、通过平纹编织法将所述柔性可穿戴热敏纤维与导电检测线交叉排布，所述导电检测线与所述外电极检测端接触，然后进行固化处理使所述导电检测线与所述外电极检测端形成电连接；以及
14、在所述柔性可穿戴热敏纤维与所述导电检测线的交叉区域涂覆聚硅氧烷溶液，然后进行固化处理形成封装保护层。
15、在一实施方式中，在所述热敏涂层的表面间隔点涂银浆的步骤中，相邻的银浆之间的间距为1.5mm-2.5mm。
16、在一实施方式中，将导电纤维的任意一端浸入复合油墨中进行镀膜提拉的步骤中，提拉速度为15mm/min-40mm/min。
17、在一实施方式中，所述复合油墨还满足以下条件中的至少一个：
18、(1)所述热敏材料与所述高分子聚合物溶液的质量比为20∶79.95-50∶49.9；
19、(2)所述高分子聚合物溶液包括高分子聚合物和有机溶剂，所述高分子聚合物与所述有机溶剂的质量比为1∶5-1∶8，所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、n-甲基-2-吡咯烷酮、磷酸三乙酯或二甲基亚砜中的至少一种；
20、(3)所述复合油墨中还包括有表面活性剂，所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、辛基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸聚氧乙烯酯或聚乙二醇双油酸酯中的至少一种，所述表面活性剂与所述金属氧化物的质量比为0.05∶20-0.1∶50。
21、一种如上述的柔性可穿戴热敏传感器阵列在检测温度分布中的应用。
22、一种温度分布式检测方法，包括如下步骤：将如上述的柔性可穿戴热敏传感器阵列覆盖于待测物的表面，然后将外围检测电路与所述柔性可穿戴热敏传感器阵列中的导电纤维和导电检测线分别依次相连，通过测得的交点的电阻值计算该交点的温度，得到所述待测物表面的温度分布。
23、本专利技术提供的柔性可穿戴热敏传感器阵列中，第一，通过编织方法将柔性可穿戴热敏纤维与导电检测线整合，不仅便于穿戴，还具有优异的柔韧性和透气性，可满足长期穿戴的需求；第二，可以通过改变外电极检测端的分布和间距，调节柔性可穿戴热敏传感器阵列中温度检测点的分布密度，满足分布式温度检测中高空间分辨率的需求；第三，由于柔性可穿戴热敏纤维中的热敏涂层包覆于导电纤维的外表面，因此，在单位体积内，热敏涂层厚度与横截面积的比值降低，根据公式r＝ρ*l/s可知，通过降低热敏涂层的厚度l，增加接触面积s，能够有效降低热敏涂层的电阻值r，便于检测；第四，热敏涂层中的金属氧化物具有较高的温度敏感特性，提升了测温精度和灵敏度，同时其较好的耐热性，扩大了温度检测的范围，使柔性可穿戴热敏纤维能够适用于多种检测环境；第五，热敏涂层中的高分子聚合物增加了热敏涂层的力学性能，尤其是柔韧性，因此，减少了外力作用对温度检测结果的干扰；第六，封装保护层包覆盖柔性可穿戴热敏纤维与导电检测线的交叉排布区域，可有效阻挡水汽等干扰物质，增加柔性可穿戴热敏传感器阵列响应稳定性的同时提升与待测物的兼容性；综上，本专利技术提供的柔性可穿戴热敏传感器阵列不仅具有良好的透气性和穿戴舒适性，而且不易开裂、力学性能优异，可以在长期穿戴过程中，灵敏、准确、实时的检测温度分布，能够很好的应用于医疗领域中，例如实现体表温度的长时间实时分布式监测。
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1.一种柔性可穿戴热敏传感器阵列，其特征在于，包括通过平纹编织法交叉排布的柔性可穿戴热敏纤维和导电检测线，以及覆盖交叉排布区域的封装保护层；
2.根据权利要求1所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列，其特征在于，任意一根所述柔性可穿戴热敏纤维中外电极检测端的数量为2个以上，所述交叉排布区域中所述外电极检测端的排布密度为6个/cm2-16个/cm2。
3.根据权利要求1所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列，其特征在于，所述热敏涂层还满足以下条件中的至少一个：
4.根据权利要求1-3任一项所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列，其特征在于，所述导电纤维和所述导电检测线分别独立的选自钨丝、铜丝、不锈钢丝、碳纤维、镀铜尼龙或镀银尼龙。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，在所述热敏涂层的表面间隔点涂银浆的步骤中，相邻的银浆之间的间距为1.5mm-2.5mm。
7.根据权利要求5所述的柔性可穿戴热敏传感器阵
8.根据权利要求5所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，所述复合油墨还满足以下条件中的至少一个：
9.一种如权利要求1-4任一项所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列在检测温度分布中的应用。
10.一种温度分布式检测方法，其特征在于，包括如下步骤：将如权利要求1-4任一项所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列覆盖于待测物的表面，然后将外围检测电路与所述柔性可穿戴热敏传感器阵列中的导电纤维和导电检测线分别依次相连，通过测得的交点的电阻值计算该交点的温度，得到所述待测物表面的温度分布。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性可穿戴热敏传感器阵列，其特征在于，包括通过平纹编织法交叉排布的柔性可穿戴热敏纤维和导电检测线，以及覆盖交叉排布区域的封装保护层；
2.根据权利要求1所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列，其特征在于，任意一根所述柔性可穿戴热敏纤维中外电极检测端的数量为2个以上，所述交叉排布区域中所述外电极检测端的排布密度为6个/cm2-16个/cm2。
3.根据权利要求1所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列，其特征在于，所述热敏涂层还满足以下条件中的至少一个：
4.根据权利要求1-3任一项所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列，其特征在于，所述导电纤维和所述导电检测线分别独立的选自钨丝、铜丝、不锈钢丝、碳纤维、镀铜尼龙或镀银尼龙。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的柔性可穿戴热敏传感器阵列的...
【专利技术属性】
技术研发人员：马志军，马思远，瞿瑞祥，宋晓珂，陈福广，李恒毅，陈智，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：
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