[发明专利]采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法

说明书

本发明提供了一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法，属于凝胶热电器件制备方法技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法的改进；解决上述技术问题采用的技术方案为：包括如下步骤：a）配制浓度为0.1mol/L‑0.3mol/L的硫酸盐和亚硫酸盐化学计量比为1：1的溶液，再向溶液中加入5‑10g聚乙烯醇、0.1‑0.2g聚苯乙烯磺酸盐，并在70‑100℃恒温下搅拌2‑4小时；b）反应结束后，将溶液倒入两端已放置导电纤维的模具中，置入‑20℃冷冻24‑48小时后，得到硫酸盐/亚硫酸盐水凝胶；c）将步骤b制得的凝胶封装，并从导电纤维处引出电极，即得凝胶热电器件和自驱动温度/压力传感器；本发明应用于凝胶热电器件的制备。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种基于导电离子盐Na₂SO₄、Na₂SO₃的凝胶热电器件，尤其涉及一种采用氧化还原对SO₄^2-/SO₃^2-制备柔性可拉伸凝胶热电器件以及自驱动温度/压强传感器的方法。

背景技术

温差热电池是一种利用器件两端温度差异将热能不断转化为电能的装置，由于其能够连续将热量转化为电能而不会产生副产物或消耗材料，因此吸引了越来越多的关注。传统的基于半导体塞贝克效应的温差电池由于其塞贝克系数较低、刚性且不可弯折，使得其环境适应性较差，应用范围受限。对于回收环境中的低品位废热而言，虽然采用有机半导体进行热电转换是可行的路径之一，但是有机半导体固有的物理化学性质不稳定性以及低迁移率也严重制约了其应用发展。然而，基于氧化还原电对在热端和冷端发生氧化/还原反应并通过电解质对流和扩散到对应电极，热电池两端可以产生电势差，进而可连续产生电能而不会消耗任何材料。水凝胶是一类将亲水性基质和导电介质有机结合的新型电解液，具有高柔韧性、可拉伸性、稳定的物理化学性能，在柔性电子设备等领域具有广阔的应用前景。因而，将氧化还原对离子盐溶解于水凝胶，结合水凝胶具有的高离子导电率、可拉伸性和组织柔软性，即可得到柔性可拉伸的高效凝胶热电器件。目前，常用的无机氧化还原对有Fe(CN)₆^3-/ Fe(CN)₆^4-、I^-/I^3-、Fe³⁺/Fe²⁺等，这些基本都有一定的毒性或腐蚀刺激性，而对于利用SO₄^2-/SO₃^2-来制备凝胶热电器件的报道还没有发现。另外，基于凝胶热电器件开发一种自驱动多功能传感器，对多种环境参量实现无源实时监测也是极具意义。

发明内容

本发明为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法的改进。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种采用热电凝胶制备柔性自驱动温度/压强传感器的方法，包括如下步骤：

a）配制浓度为0.1mol/L-0.3mol/L的硫酸盐和亚硫酸盐化学计量比为1：1的溶液，再向溶液中加入5-10g聚乙烯醇、0.1-0.2g聚苯乙烯磺酸盐，并在70-100℃恒温下搅拌2-4小时；

b）反应结束后，将溶液倒入两端已放置导电纤维的模具中，置入-20℃冷冻24-48小时后，得到硫酸盐/亚硫酸盐水凝胶；

c）将步骤b制得的凝胶封装，并从导电纤维处引出电极，即得凝胶热电器件和自驱动温度/压力传感器。

所述步骤a）中采用的硫酸盐和亚硫酸盐具体采用硫酸钠和亚硫酸钠或硫酸钾和亚硫酸钾。

所述步骤a）中聚苯乙烯磺酸盐中PEDOT与PSS质量分数分别为0.5wt%、0.8wt%，电导率为1S/cm。

所述步骤a）中配制的溶液中的溶剂采用二甲基亚砜质量浓度为10%的水溶液。