[发明专利]一种柔性温度传感器、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种柔性温度传感器，包括温敏导电复合薄膜材料以及承载所述温敏导电复合薄膜材料的柔性基底，所述温敏导电复合薄膜材料至少由单壁碳纳米管、还原氧化石墨烯和(聚(3,4‑乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸))制备而成。本发明提供的柔性温度传感器可应用于可穿戴设备中，所述柔性温度传感器的制备方法简单方便，具有较高的灵敏度、优异的重复性以及较快的响应速度和恢复速度，综合性能优异。

技术领域

本发明属于传感器材料领域，具体涉及一种柔性温度传感器及其制备方法。

背景技术

近些年来，可穿戴医疗设备逐步走进人们的生活，各项生理指标的实时监测对医生诊断疾病发挥了极大的辅助作用。为了更加精准地监测与更好地诊疗，可穿戴设备的精度、灵敏度和响应速度等性能参数需要不断提升和精进。温度传感器的性能提升通常需要从热电材料的选择与改进着手。优异的热电材料需要制造简单、原料合理、生物适应性强、具有一定延展性等优良的性能。

目前可穿戴柔性温度传感器的热电材料主要有以下几类：

1.含碳的材料。常见的碳材料有炭黑、石墨、碳纳米管和石墨烯。

2.含金属及其氧化物的材料。常用的导电金属材料有金、银、铜、铂金、镍和铝等。

3.含导电聚合物的材料。常用的热敏聚合物材料有PEDOT:PSS(聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸))、P3HT(聚-3-己基噻吩)、pNIPAM(聚(N-异丙基丙烯酰胺))、PPy(聚吡咯)、PVDF(聚偏二氟乙烯)等。

通常，通过单一的的热电材料制备和将不同的两种热电材料混合制备复合材料这两种方式制得有效的温敏导电材料。

单一的热电材料制备温敏导电材料：Srinivas Gandla等采用激光诱导PI(聚酰亚胺)基底碳化的方式制备了一种稳定和高线性的温度传感器，该传感器的响应时间为1s，分辨率为0.2℃，其电阻温度系数为0.00142℃^-1。Zheng Cui等报道了一种基于银纳米线(AgNWS)的剪纸启发的透气和可伸缩温度传感器，将AgNW渗流网络封装在薄聚酰亚胺薄膜中。通过改变纳米线密度和热退火温度来定制AgNW网络的电阻温度系数；选择200℃退火后密度为2.053μm^-2的AgNW网络制作温度传感器，TCR为3.32×10^-3℃^-1，灵敏度为0.47Ω/℃。PEDOT：PSS是一种新型有机导电聚合物，常用于可打印、柔性温度传感器，Yu等利用预拉伸和酸处理PEDOT：PSS和PDMS(聚二甲基硅氧烷)制备具有微裂纹的柔性温度传感器，较高的裂纹密度和较大的裂纹长度导致更大的温度敏感性，具有最佳裂纹形貌的传感器(裂纹长度：185.2μm，裂纹密度：22.84mm^-1)显示出0.042℃^-1的高温灵敏度，良好的线性度为0.998。

两种或多种热敏材料混合制备温敏导电材料：Ju等制备了由聚(n-异丙基丙烯酰胺)(pN IPAM)温敏水凝胶，PEDOT：PSS和CNTs组成的高灵敏度电阻温度传感器。在25-40℃的温度范围内，该装置具有2.6％℃^-1的灵敏度，并能准确地检测0.5℃的皮肤温度变化。

但上述类型的温度传感器仍存在以下不足：

1.用单一热电材料制备的温敏导电材料制备得到的温度传感器的某些性能较好，但是存在另外一些性能上的不足。

2.采用预拉伸等方法制备的温度传感器，容易受到应力拉力等非温度因素的干扰，影响测量结果的准确性。

3.选用两种或多种热敏材料混合制备温敏导电材料时，需要考虑不同材料的相互影响，也需要考虑不同材料的配比对温度感应的影响。

发明内容