柔性温度传感器的研究与制备
发布时间：2022-01-01 03:53
近几年随着柔性电子器件的快速发展,柔性温度传感器的研究逐渐深入,柔性温度传感器具有易形变、柔软等特点,广泛应用于运动、医疗健康监测、消防、航空航天、通信等不同领域。基于此,本课题分别以有机材料石墨烯和金属材料铂为不同的敏感材料,采用不同的工艺技术,分别制备了不同结构尺寸的柔性温度传感器,对其线性度和电阻温度系数、稳定性、重复性和迟滞、分辨率、响应时间、其他干扰等性能指标进行研究测试并优化,主要研究内容如下:1.石墨烯柔性温度传感器的研究与制备:以石墨烯导电浆料为敏感材料,以聚酰亚胺为柔性基底,采用丝网印刷工艺技术,制备了不同丝网印刷目数和不同设计图形的温敏薄膜,通过表征与测试分析显示,本课题所制备的石墨烯柔性温度传感器具有较高的稳定性,重复性和迟滞也随着循环测试次数的增加逐渐趋于稳定,线性度为0.971,分辨率至少可达0.5℃,且不受弯曲形变干扰的影响,但其受湿度影响,做温度传感器使用需要进行封装保护。2.金属铂柔性温度传感器的制备研究:以金属铂为敏感材料,同样以聚酰亚胺为柔性基底,结合光刻和磁控溅射工艺制备具有不同图形（圆螺旋、方螺旋和蛇形）和不同线宽的金属铂柔性温度传感器并与以陶瓷...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
银电阻型温度传感器R-T关系图
器，用来测量在微机电系统领域中的非平面物体多维温度场分布的实时监测需要[22]。西北工业大学的徐延光等人制作了一种以Ni为敏感材料，以聚酰亚胺为柔性基底，借助了MEMS工艺的柔性薄膜热敏电阻阵列[23]，利用聚酰亚胺的柔性与金属Ni材料具有高电阻温度系数的特性，使传感器的灵敏度得到了提高，同时实现了全柔性化的阵列结构，可以用于各种非平面的几何体表面的分布测量，并且聚酰亚胺具有良好的热绝缘性，这使得该传感器的热响应速度也较快。在国外方面，日本东京大学[24]的一个研究小组开发出了一种“柔性体温计”，如图1-2所示，可以通过使用印刷工艺制造。其采用聚合物PTC（PositiveTemperatureCoefficient：正温度系数）作为柔性温度传感器的材料。在合成聚合物PTC时，通过改变丙烯酸十八酯和丙烯酸丁酯这两种单体的混合比例，来调整响应温度，尽管其灵敏度较高，但测量温度范围仅为25°C~50°C，应用范围受到很大限制。图1-2东京大学柔性体温计实物图日本又制造出一种具有良好的一致性和柔韧性并且具有很大的分布区域传感网络的压力和温度传感器[25]，该传感器以柔性聚酰亚胺为基底，将压力传感器与温度传感器集成在一起，能够同时获取温度和压力信号，未来还有可能集成于含有多种功能传感器的电子皮肤中。2015年DankocoMD等人用一种以银为主要成分的复合物作为导电油墨，通过喷墨打印的方法，设计最佳的喷射参数，获得平滑和均匀的沉积在聚酰亚胺（PI）薄膜上的镀银层[26]。制成柔性温度传感器，可以用来测量人体表温度，如图1-3所示。其中温度传感器覆盖范围为2.85cm×2.26cm，其中银层的厚度和电阻率分别为365nm和5.9μΩ/cm。在20℃~60°C范围内得到的打印温度传感器的电阻温
第一章绪论5度系数为2.19×10-3/°C，线性度可达0.9998。该温度传感器存在测量范围较窄，同时，其电阻温度系数较低，仅为2.23×103/°C，且由于银的氧化问题，使得该传感器性能并不稳定，间隔20天后测量电阻变化可达±50Ω。(a)(b)图1-3喷墨印刷银温度传感器。(a)温度传感器设计；(b)局部放大2018年GuanyuLiu等人分别以还原氧化石墨烯（r-GO）、单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）为敏感材料，通过喷涂的方式制备在PET基底上，通过O2等离子体蚀刻在PET表面构建不规则的微观结构以增强碳材料对PET表面的粘附能力[27]。其中温度敏感单元面积为10×10mm2，厚度为0.3mm，测试结果表明，相比之下r-GO具有最优异的温敏特性，具有负电阻温度系数，其电阻温度变化曲线如图1-4所示，其电阻温度系数为6.345×103/°C，响应时间可达1.2s，并且r-GO温度传感器具有良好的力学性能，可以在不同角度弯曲，阻力变化可以忽略不计，这意味着它可以分布在被测物体的任何表面。此外，r-GO温度传感器几乎不受周围环境的影响，如湿度或其他气体。且不同的外部压力刺激对其性能没有影响。但此种温度传感器的精度不高。此外，只有轻微的压力对r-GO传感器的性能没有影响。而当外部压力过大时，传感器的电阻会受到明显的影响。图1-4r-go电阻型温度传感器R-T关系图
【参考文献】：
期刊论文
[1]PDMS基柔性温度传感器的温敏性能研究[J]. 吴林辉,叶双莉. 现代化工. 2019(05)
[2]聚酰亚胺柔性温度传感器的制作与性能测试[J]. 何柳丰,窦文堃,刘军山. 机电工程技术. 2018(11)
[3]柔性温度传感器研究进展[J]. 潘小山,范维,周子冠,贺苗. 传感器与微系统. 2017(10)
[4]探究石墨烯在导电油墨中的应用[J]. 张丽婷,鲍建楠,李琳,董仕晋,刘歌,庞帅,魏峰. 染料与染色. 2017(03)
[5]用于喷墨打印电子器件的石墨烯墨水的制备及应用进展研究[J]. 彭博,张煜霖,刘晓亚,驰航,袁妍. 信息记录材料. 2016(01)
[6]石墨烯的表征方法[J]. 彭黎琼,谢金花,郭超,张东. 功能材料. 2013(21)
[7]丝网印刷工艺研究[J]. 林成坤. 中国包装工业. 2013(20)
[8]柔性微热剪切应力传感器阵列[J]. 王文君,刘武,张卫平,陈文元,杨春生,崔峰,吴校生. 上海交通大学学报. 2012(06)
[9]基于MEMS技术的柔性Ni基热敏传感器阵列研制[J]. 徐延光,马炳和,邓进军. 半导体技术. 2009(07)
[10]基于柔性MEMS皮肤技术温度传感器阵列的研究[J]. 肖素艳,车录锋,李昕欣,王跃林. 光学精密工程. 2005(06)
硕士论文
[1]基于PVDF/PEO柔性温度传感器研究及其应用[D]. 曾晓.合肥工业大学 2019
[2]热喷涂—丝网印刷复合制备石墨烯—铁基复合涂层耐磨性研究[D]. 仲雨森.郑州大学 2017
[3]基于柔性PI衬底的加热型传感器/阵列相关技术研究[D]. 徐骁雯.华东师范大学 2016
[4]基于聚酰亚胺金属图形化的柔性湿度/温度/压力传感器研究[D]. 杨婷.华东师范大学 2015
本文编号：3561599
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
银电阻型温度传感器R-T关系图
器，用来测量在微机电系统领域中的非平面物体多维温度场分布的实时监测需要[22]。西北工业大学的徐延光等人制作了一种以Ni为敏感材料，以聚酰亚胺为柔性基底，借助了MEMS工艺的柔性薄膜热敏电阻阵列[23]，利用聚酰亚胺的柔性与金属Ni材料具有高电阻温度系数的特性，使传感器的灵敏度得到了提高，同时实现了全柔性化的阵列结构，可以用于各种非平面的几何体表面的分布测量，并且聚酰亚胺具有良好的热绝缘性，这使得该传感器的热响应速度也较快。在国外方面，日本东京大学[24]的一个研究小组开发出了一种“柔性体温计”，如图1-2所示，可以通过使用印刷工艺制造。其采用聚合物PTC（PositiveTemperatureCoefficient：正温度系数）作为柔性温度传感器的材料。在合成聚合物PTC时，通过改变丙烯酸十八酯和丙烯酸丁酯这两种单体的混合比例，来调整响应温度，尽管其灵敏度较高，但测量温度范围仅为25°C~50°C，应用范围受到很大限制。图1-2东京大学柔性体温计实物图日本又制造出一种具有良好的一致性和柔韧性并且具有很大的分布区域传感网络的压力和温度传感器[25]，该传感器以柔性聚酰亚胺为基底，将压力传感器与温度传感器集成在一起，能够同时获取温度和压力信号，未来还有可能集成于含有多种功能传感器的电子皮肤中。2015年DankocoMD等人用一种以银为主要成分的复合物作为导电油墨，通过喷墨打印的方法，设计最佳的喷射参数，获得平滑和均匀的沉积在聚酰亚胺（PI）薄膜上的镀银层[26]。制成柔性温度传感器，可以用来测量人体表温度，如图1-3所示。其中温度传感器覆盖范围为2.85cm×2.26cm，其中银层的厚度和电阻率分别为365nm和5.9μΩ/cm。在20℃~60°C范围内得到的打印温度传感器的电阻温
第一章绪论5度系数为2.19×10-3/°C，线性度可达0.9998。该温度传感器存在测量范围较窄，同时，其电阻温度系数较低，仅为2.23×103/°C，且由于银的氧化问题，使得该传感器性能并不稳定，间隔20天后测量电阻变化可达±50Ω。(a)(b)图1-3喷墨印刷银温度传感器。(a)温度传感器设计；(b)局部放大2018年GuanyuLiu等人分别以还原氧化石墨烯（r-GO）、单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）为敏感材料，通过喷涂的方式制备在PET基底上，通过O2等离子体蚀刻在PET表面构建不规则的微观结构以增强碳材料对PET表面的粘附能力[27]。其中温度敏感单元面积为10×10mm2，厚度为0.3mm，测试结果表明，相比之下r-GO具有最优异的温敏特性，具有负电阻温度系数，其电阻温度变化曲线如图1-4所示，其电阻温度系数为6.345×103/°C，响应时间可达1.2s，并且r-GO温度传感器具有良好的力学性能，可以在不同角度弯曲，阻力变化可以忽略不计，这意味着它可以分布在被测物体的任何表面。此外，r-GO温度传感器几乎不受周围环境的影响，如湿度或其他气体。且不同的外部压力刺激对其性能没有影响。但此种温度传感器的精度不高。此外，只有轻微的压力对r-GO传感器的性能没有影响。而当外部压力过大时，传感器的电阻会受到明显的影响。图1-4r-go电阻型温度传感器R-T关系图
【参考文献】：
期刊论文
[1]PDMS基柔性温度传感器的温敏性能研究[J]. 吴林辉,叶双莉. 现代化工. 2019(05)
[2]聚酰亚胺柔性温度传感器的制作与性能测试[J]. 何柳丰,窦文堃,刘军山. 机电工程技术. 2018(11)
[3]柔性温度传感器研究进展[J]. 潘小山,范维,周子冠,贺苗. 传感器与微系统. 2017(10)
[4]探究石墨烯在导电油墨中的应用[J]. 张丽婷,鲍建楠,李琳,董仕晋,刘歌,庞帅,魏峰. 染料与染色. 2017(03)
[5]用于喷墨打印电子器件的石墨烯墨水的制备及应用进展研究[J]. 彭博,张煜霖,刘晓亚,驰航,袁妍. 信息记录材料. 2016(01)
[6]石墨烯的表征方法[J]. 彭黎琼,谢金花,郭超,张东. 功能材料. 2013(21)
[7]丝网印刷工艺研究[J]. 林成坤. 中国包装工业. 2013(20)
[8]柔性微热剪切应力传感器阵列[J]. 王文君,刘武,张卫平,陈文元,杨春生,崔峰,吴校生. 上海交通大学学报. 2012(06)
[9]基于MEMS技术的柔性Ni基热敏传感器阵列研制[J]. 徐延光,马炳和,邓进军. 半导体技术. 2009(07)
[10]基于柔性MEMS皮肤技术温度传感器阵列的研究[J]. 肖素艳,车录锋,李昕欣,王跃林. 光学精密工程. 2005(06)
硕士论文
[1]基于PVDF/PEO柔性温度传感器研究及其应用[D]. 曾晓.合肥工业大学 2019
[2]热喷涂—丝网印刷复合制备石墨烯—铁基复合涂层耐磨性研究[D]. 仲雨森.郑州大学 2017
[3]基于柔性PI衬底的加热型传感器/阵列相关技术研究[D]. 徐骁雯.华东师范大学 2016
[4]基于聚酰亚胺金属图形化的柔性湿度/温度/压力传感器研究[D]. 杨婷.华东师范大学 2015
本文编号：3561599
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