[发明专利]一种柔性温湿度集成传感器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种柔性温湿度集成传感器及其制造方法。PDMS柔性基底上布置电阻式温度传感器、电阻式湿度传感器，其中的电阻式温度传感器上覆盖布置PDMS封装层；电阻式湿度传感器是由第一份较高质量浓度的MXene溶液按照叉指电极图案形状覆盖固定在PDMS柔性基底上形成下层，然后再在下层上面由第二份较低质量浓度的MXene溶液按照能完整覆盖下层的图案形状覆盖固定在下层上形成上层。本发明制备过程简单，成本可控，没有重金属污染回收等问题，拥有优异柔韧性，能够紧密贴合被测物体表面。

技术领域

本发明涉及了一种传感器结构及方法，尤其是涉及了一种柔性温湿度集成传感器及其制造方法。

背景技术

一体化温湿度传感器是用于同时测量温度和湿度的传感器装置，可以通过功能材料的温湿度敏感特性对环境的温湿度进行精准测量。在具体应用中，一体化的温湿度传感器因其体积小，性能稳定，便于集成等特点，可应用在农业和工业领域的环境温湿度监测。另外，柔性的传感器相比于传统的刚性器具有更加广阔的应用场景，其可以紧密地贴合被测物体表面，更加准确得反应温湿度条件的时空分布情况，极大地拓展了集成式温湿度传感的应用范围。

传统的传感阵列所需的复杂和昂贵的制造工艺会限制了它们的应用潜力。而增材制造的优势是可以通过规模化的加工来降低器件制造的成本。而传统的金属导电纳米材料以其较好的电导率和机械性能成为增材制造中最常用的导电纳米材料。但其缺点也十分突出，以银纳米导电纳米材料为例，虽然其导电性能优异，但其价格也往往偏高。相比之下，虽然铜和铝的导电纳米材料在价格上会有一定优势，但它们在空气中易被氧化形成不导电的氧化物。另外。这些金属导电纳米材料往往需要极高的固化温度(通常大于150℃)，这会限制柔性基底材料的选择，且其生产时通常需要消耗极大的能源，并容易对环境造成不利的重金属污染。

另外，为了制造集成式的温湿度传感器，往往需要多种的功能材料，这会进一步复杂化加工过程，提高生产成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明基于二维纳米材料MXene和柔性的PDMS聚合物设计了一种新型的柔性温湿度集成传感器，克服现有温湿度传感器的非集成制造和简化制造流程以及降低材料成本等问题，利用新型二维纳米材料MXene高导电的无添加纳米材料，将其用于制造新型柔性温湿度集成传感器。基于MXene纳米材料和PDMS聚合物材料制造的温湿度传感器具有极佳的柔性，可紧密地贴合被测物体表面。

本发明的柔性温湿度集成传感器的制备过程更简单、易于批量化生产，有助于进一步地降低温湿度集成传感器的生产成本。其结构设计紧密，提高了对复杂环境温湿度监测的便捷性，大幅降低了器制造成本，利于用户在不同场所、区域的环境温湿度测量、监控。

本发明所采用的技术方案是：

一、一种柔性温湿度集成传感器：

包括电阻式温度传感器、电阻式湿度传感器、PDMS封装层和PDMS柔性基底，PDMS柔性基底上布置电阻式温度传感器、电阻式湿度传感器，其中的电阻式温度传感器上覆盖布置PDMS封装层。

所述的电阻式温度传感器、电阻式湿度传感器均采用MXene导电纳米材料制成。

所述的PDMS封装层和PDMS柔性基底均采用PDMS制成。

所述的电阻式湿度传感器具有叉指电极结构，且位于PDMS柔性基底的中部。

所述的电阻式温度传感器沿S形在电阻式湿度传感器周围的PDMS柔性基底上布置。

二、柔性温湿度集成传感器的制造方法：

首先制作PDMS柔性基底，然后在PDMS柔性基底上采用MXene导电纳米材料通过增材制造方式形成电阻式温度传感器、电阻式湿度传感器，然后在电阻式温度传感器上制作形成PDMS封装层。