一种柔性可拉伸温度传感芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性可拉伸温度传感芯片及其制备方法。本发明专利技术芯片包括上层盖片(1)、下层垫片(2)和电极层(3)；所述上层盖片(1)内设有微流道，所述微流道为一蛇形回路(5)；所述微流道的两端分别设有进液口和出液口；所述上层盖片(1)与所述下层垫片(2)贴合配合，进而对所述微流道进行密封；且所述上层盖片(1)上于所述进液口和所述出液口的相应位置处均设有通孔；所述电极层(3)上设有金属薄膜(4)；所述电极层(3)与所述上层盖片(1)贴合配合，且所述金属薄膜(4)覆盖住所述进液口和出液口；所述微流道内填充有离子液体。本发明专利技术芯片柔性可拉伸，可用于制造电子皮肤；通电流不发热、温度响应信号大和检测灵敏度高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了。本专利技术芯片包括上层盖片（1)、下层垫片⑵和电极层⑶；所述上层盖片（1)内设有微流道，所述微流道为一蛇形回路（5);所述微流道的两端分别设有进液口和出液口；所述上层盖片（1)与所述下层垫片（2)贴合配合，进而对所述微流道进行密封；且所述上层盖片（1)上于所述进液口和所述出液口的相应位置处均设有通孔；所述电极层（3)上设有金属薄膜（4);所述电极层（3)与所述上层盖片（1)贴合配合，且所述金属薄膜（4)覆盖住所述进液口和出液口；所述微流道内填充有离子液体。本专利技术芯片柔性可拉伸，可用于制造电子皮肤；通电流不发热、温度响应信号大和检测灵敏度高。【专利说明】
本专利技术涉及，具体涉及一种离子液体 填充型柔性可拉伸温度传感芯片及其制备方法，属于温度传感器领域。
技术介绍
电子皮肤是模仿人的皮肤而设计出来的一种集成的柔性可拉伸的传感系统，皮肤 将温度压力等信息传给大脑，而电子皮肤将环境信号转化为电信号传输给处理装置。电子 皮肤在机器人、假肢制造、可穿戴的医疗实时监测设备等领域有巨大的应用需求，推动着 众多研究者参与其设计，使得其有望逐步从概念走向现实。目前，电子皮肤主要研究的是两 个方面传感，一是触觉传感，这一方面美籍华裔科学家鲍哲楠等人已经设计出了高灵敏度 的柔性传感装置。另一方面是温度传感，美国伊利诺伊大学香槟分校的John A Rogers等 人在这方面开展了很多工作，但是由于其工作主要是基于金属薄片作为传感基元，这种设 计一方面无法实现可拉伸的性能，另一方面金属通电后其本身产生的焦耳热使得测量的精 度受到了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供,该传感芯片结 合离子液体和蛇形回路结构而设计，具有柔性可拉伸、本身不发热且温度检测十分灵敏等 特点，该传感芯片可用于人体表面温度检测及电子皮肤的制备。 本专利技术提供的柔性可拉伸温度传感芯片，它包括上层盖片、下层垫片和电极层； 所述上层盖片内设有微流道，所述微流道为一蛇形回路；所述微流道的两端分别 设有进液口和出液口； 所述上层盖片与所述下层垫片贴合配合，进而对所述微流道进行密封；且所述上 层盖片上于所述进液口和所述出液口的相应位置处均设有通孔； 所述电极层上设有金属薄膜；所述电极层与所述上层盖片贴合配合，且所述金属 薄膜覆盖住所述进液口和出液口； 所述微流道内填充有离子液体，离子液体的电导率随温度升高而显著变大，因此 可以用于精确的温度检测，而作为一种流体，其流动性保障了一定区域内的连续性，不会出 现拉伸弯折时断裂的情况，因此可以用于柔性可拉伸器件的设计。 上述温度传感芯片中，所述进液口和所述出液口位于所述蛇形回路的同侧。 所述电极层上设有2个条带状的所述金属薄膜，每个所述条带状的金属薄膜分别 仅覆盖住所述进液口和所述出液口，以降低芯片厚度，使芯片具有更好的柔性和可拉伸性。 上述温度传感芯片中，所述上层盖片的厚度可为1. 5?2mm ;所述下层垫片的厚度 可为200?300 μ m。 上述温度传感芯片中，所述微流道可为一蛇形回路，所述蛇形回路为圆弧首尾连 接形成的回路，所述蛇形回路的总长度在拉伸过程中保持不变或者变化很小，因此，本专利技术 提供的温度传感芯片，在对温度进行测定时，其响应信号不会受到拉伸导致的电阻变化的 影响； 所述蛇形回路的宽度具体可为150 μ m，高度具体可为1〇〇 μ m。 上述温度传感芯片中，所述离子液体为1-辛基-3-甲基咪唑醋酸盐、I-丁 基-3-甲基咪唑醋酸盐和1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐中任一种； 上述温度传感芯片中，所述离子液体的电导率随温度升高而显著变大，可用于温 度的精确检测；同时，离子液体作为一种流体，本专利技术芯片在拉伸弯折的情况下，离子液体 的流动性保障了一定区域内的连续性，不会出现断裂的情况，因此，本专利技术温度传感芯片具 有柔性可拉伸的性能。 上述温度传感芯片中，所述上层盖片、所述下层垫片和所述电极层均由聚二甲基 硅氧烷（PDMS)制成，具体可为预聚体和交联剂（美国道康宁公司）以质量比为1〇 :1的比 例混合后，在65°C下加热2个小时得到。 上述温度传感芯片中，所述金属薄膜为依次沉积的钛膜和金膜，其中，钛膜的沉积 时间具体可为1分钟，沉积速度具体可为10 金膜的沉积时间具体可为3分钟，沉积速 度具体可为mA/s。 上述制备方法，步骤（3)中，在所述键合之前，所述方法还包括对所述上层盖片与 所述下层垫片进行真空氧等离子体处理的步骤； 步骤（4)中，在所述键合之前，所述方法还包括对所述电极层与所述上层盖片进 行真空氧等离子体处理的步骤。 上述真空氧等离子体处理具体可采用去胶机，条件具体可为PR-4型去胶机在功 率330W下，极少量空气存在下起辉，去胶2分钟，去胶速度>9〇A/min。 上述制备方法，步骤（4)中，在蒸镀所述金属膜之前，所述基底上需要蒸镀所述条 带状的金属薄膜之外的区域用胶带覆盖。 本专利技术具有如下有益效果： 与现有的金属传感材料相比，本专利技术提供的柔性可拉伸温度传感芯片实现了柔性 可拉伸的特性，与皮肤相似度更高，可以实现关节等传统传感器无法覆盖部位的传感，有望 实现全覆盖的面传感，用于制造机器人的"皮肤"。 本专利技术同时具有通电流不发热、温度响应信号大和检测灵敏度高的优势，适用于 长时间连续的温度精确测定，可用于医疗检测设备中。 本专利技术制备过程所用技术成熟，所用材料易得，制备成本低，可实现大面积生产。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术提供的柔性可拉伸温度传感芯片的结构示意图。 图2为本专利技术上层盖片的微流道全局示意图。 图3为本专利技术所用的离子液体的AG/GQ+1与温度关系拟合曲线图，其中内嵌图为 35-45°C精细测量的AG/G。响应图。 图4为本专利技术提供的柔性可拉伸温度传感芯片的温度响应循环曲线图。 图5为本专利技术提供的柔性可拉伸温度传感芯片在不同拉伸量下的电阻相对变化 图及对照图，其中内嵌图为X，Y方向变化的放大图。 图6为本专利技术提供的柔性可拉伸温度传感芯片弯曲前后的电流图，所加电压均为 IV。 图中各标记如下： 1、上层盖片，2、下层垫片，3、电极层，4、金属薄膜，5、蛇形回路,6、进/出液口。 【具体实施方式】 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。 下面结合附图对本专利技术做进一步的说明，但本专利技术并不局限于下述实施例。 实施例1、柔性可拉伸温度传感芯片的制备 图1为本专利技术制备得到的柔性可拉伸温度传感芯片的结构示意图，由图1可知，它 包括上层盖片1、下层垫片2和电极层3。 图2为上层盖片1的微流道全局示意图，由图2可以看出，上层盖片1内设有微流 道，微流道为一蛇形回路5,微流道的两端分别设有进/出液口 6。 图1中上层盖片1与下层垫片2贴合配合，进而对微流道进行密封；且上层盖片1 上于所述进/出液口 6的相应位置处均设有通孔。电极层3上设有金属薄膜4,电极层3与 上层盖片1贴合配合，且金属薄膜4仅覆盖住进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性可拉伸温度传感芯片，其特征在于：它包括上层盖片、下层垫片和电极层；所述上层盖片内设有微流道，所述微流道为一蛇形回路；所述微流道的两端分别设有进液口和出液口；所述上层盖片与所述下层垫片贴合配合，进而对所述微流道进行密封；且所述上层盖片上于所述进液口和所述出液口的相应位置处均设有通孔；所述电极层上设有金属薄膜；所述电极层与所述上层盖片贴合配合，且所述金属薄膜覆盖住所述进液口和出液口；所述微流道内填充有离子液体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚培，贺泳霖，贾晗钰，杜文斌，
申请(专利权)人：中国人民大学，
类型：发明
国别省市：北京;11