[发明专利]一种柔性温度传感器阵列及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柔性温度传感器阵列，其包括热敏层、柔性基底以及导线，所述热敏层设置于所述柔性基底上，所述热敏层由若干温度传感单元以固定间距排布形成，所述导线按设定的线路粘附在所述柔性基底上并与所述温度传感单元连接，所述温度传感单元由(聚(3,4‑乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸))/碳纳米管/还原氧化石墨烯复合薄膜制备得到。本发明的制备过程简单、环保，提升了传感阵列的灵敏度、线性度、精度以及响应时间，而且能实现将温度‑电阻值转化为可视化图像。除此之外，本发明还具有较强的耐久性、稳定性以及低功耗的特点。

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阵列及其制备方法。

背景技术

近些年来，用于人机交互过程中的柔性传感器或柔性传感阵列的需求与日俱增。在人机交互方面，可穿戴设备是一种可穿戴的便携式计算设备，内嵌有多种高精度传感器作为输入终端，是一种人机直接无缝、充分连接的交互方式，其中触觉交互是目前可穿戴设备产业中比较新的人机交互技术，对人机之间的信息交流和沟通方式将产生深远的影响。触觉是人类与外界交流并感受外界的重要通道之一。物体的软硬、冷暖、大小以及形状等信息，都可以在触摸中感知。触觉交互研究如何利用触觉信息增强人与计算机和机器人的交流，得益于传感器、算法、芯片的技术进步，人机交互技术的应用潜力已经开始展现，包括在手术模拟训练、娱乐、机器人遥控操作、远程医疗、机器人皮肤等领域。可穿戴设备的无限潜能也让其成为科学研究的方向所在，也将会是未来人类在虚拟现实中“真实”的感知外界的一种关键交互技术。热点技术的应用开发是机遇也是挑战，其中基于温度传感器的传感阵列存在识别率低，实时性差，需要针对柔性传感器进行性能优化、数据处理、算法优化等方法以提高传感效果。另外，更合理的阵列化温度传感器对机器人识别物体，实现机器人自主感知外界实现类似人体皮肤功能的作用具有深远的现实意义。

目前，用于柔性温度传感阵列的制备方法主要有以下几种：

1.将0.5mL二甲基亚砜用作导电性增强剂，然后将其加入10mL PEDOT：PSS水溶液。石墨烯纳米片添加到上述的混合溶液中。在室温下磁力搅拌3h分散混合溶液，然后将其置于50W的超声浴中15分钟。将分散后的溶液滴铸到经10％HCl(盐酸)溶液浸泡1小时的聚酰亚胺基底上。放置在加热板上以150℃进行1小时的退火，得到3-4微米厚的非透明石墨烯/PEDOT：PSS薄膜。接下来，将PVA(聚乙烯醇)水溶液滴铸到干燥的PEDOT：PSS/石墨烯复合材料表面上。将复合材料在环境条件下干燥48小时以上。最后，从聚酰亚胺基底上剥离PEDOT：PSS/石墨烯/PVA复合材料。通过掩模打印电极可以形成柔性，半透明传感器阵列。此方法制备的柔性温度传感器具有很强的透明性和热电性能。

2.将GPANI(聚苯胺/石墨烯)、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)、无水乙醇以质量比为0.1:5:100的比例混合搅拌4h后超声处理30min。柔性基底是以10个宽为4毫米的条状ITO电极以间隔1毫米在PET薄膜上平行排列而成。然后用麦勒棒涂布器将处理好的混合物均匀地涂在ITO-PET基底上，随后在80℃下退火15分钟以消除酒精，形成干燥的薄膜。在没有任何间隔的情况下，将同样的ITO-PET基底附在薄膜上，并使上下两层ITO-PET基底上的电极呈垂直分步。在PET的周围用紫外线环氧胶带将顶部和底部基板固定，完成制备GPANI-PVB复合薄膜温度传感器。该柔性传感器具有高透明度和阵列制备简单的优势。