【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度传感器的，具体涉及一种薄膜柔性温度阵列传感器及其制备方法。
技术介绍
1、在当代工农业发展过程中，温度测试是一项十分常见且重要的需求。随着工业技术的不断发展，新兴行业例如机器人电子皮肤、动力电池热管理、智能家居等诸多不同方向均对温度以及温度分布检测提出了越来越迫切的应用需求。然而现阶段，传统的温度传感器例如热电偶、热敏电阻以及非接触式的红外技术却无法在上述场景中应用，其主要原因为：(1)热电偶等传统敏感元材料一般为刚性材料，具有一定的体积，不具备轻薄柔的特点，无法满足无规界面温度检测的需求；(2)传统敏感材料无法实现大面积制备，无法满足大面积界面温度分布检测的需求；(3)红外技术等手段无法实现接触式温度测试，且成本较高。薄膜类柔性温度传感器阵列具有轻薄柔等特点，在界面测试领域独具优势，为解决上述问题提供了新的技术思路。
2、现阶段，市场上尚未存在真正意义上成熟的薄膜类温度传感器阵列产品。其主要原因是：①薄膜温度传感器中的温敏性往往会受压力或者湿度影响，造成传感信号失真，降低检测精度。②传感器灵敏度较差，其电信号变化随温度变化幅度较小，降低检测精度。
3、为了解决上述问题，我们开发了一种基于温敏聚合物的温敏涂层体系，据此制备的传感器电信号不受压力以及湿度的影响，同时可实现0.89％/℃的灵敏度。传感器阵列制备工艺简单，可实现大面积生产，且后端采集电路简单，为实际应用奠定了条件。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
3、第一方面，本专利技术提供了一种薄膜柔性温度阵列传感器，依次包括基底层、电极层、温敏层和封装层；其中，所述温敏层包括以下按重量份计的原料：温敏材料2-20份、填料1-20份、连接剂2-20份；所述温敏材料为质子酸化学掺杂的导电高分子的聚合物；所述导电高分子为聚苯胺或聚3,4-乙烯二氧噻吩。
4、因为聚苯胺等导电分子不溶不熔，加工困难，所以本专利技术用有机质子酸作为掺杂态，在掺杂聚苯胺等导电高分子的过程中，以聚苯胺为例掺杂的主要部位是发生在醌式n原子上，通过质子化反应可以为聚苯胺提供导电性的同时削弱聚苯胺等分子间作用力，提高其溶解度，进而赋予其加工性和成膜性。质子酸掺杂的聚苯胺最高氧化态和最低还原态均为绝缘状态，在中间半氧化态下会呈现导电性。由于质子酸的引入增大了聚苯胺链间的距离，可以使链间电子传递作用减弱。而且温敏层为水基涂层，对环境友好，对温度敏感。所以本专利技术的传感器具有高灵敏度的优点，传感器不受湿度和压力的影响，在20-100℃的温度范围内依旧保持较高的线性度。
5、优选地，所述温敏材料的面电阻为10-5000kω/方。
6、优选地，所述质子酸包括聚苯乙烯磺酸、聚邻氨基苯磺酸、聚邻氨基苯甲酸、十二烷基苯磺酸中的至少一种；所述温敏材料中质子酸的质量浓度为2-20mg/ml。
7、优选地，所述填料包括石墨烯、碳纳米管、炭黑、石墨中的至少一种。填料旨在完善内部导电网络，增强导电性。
8、优选地，所述连接剂包括水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂中的至少一种。连接剂旨在保证温敏层与基底层和电极层的粘附。
9、优选地，所述溶剂为水。
10、优选地，所述基底层包括pdms膜、pu膜、pet膜、pc膜、pp膜、pmma膜、pi膜中的至少一种。
11、优选地，所述基底层的厚度为0.02-0.3mm。
12、优选地，所述电极层的材质包括银、铜的至少一种。
13、优选地，所述电极层包括电极板以及设置在电极板上的若干条正面走线、若干条背面走线和若干个过孔；所述正面走线和背面走线通过过孔连接在所述电极板上；所述正面走线横向设置，所述背面走线纵向设置，正面走线与背面走线相交连接处设有过孔。该结构的电极层能够充分利用背部空间，实现窄边框传感器设计。
14、第二方面，本专利技术提供了薄膜柔性温度阵列传感器的制备方法包括以下步骤：
15、(1)先将基底层与电极层复合；
16、(2)将温敏材料、连接剂、填料和溶剂混合，混合分散后再进行离心，得到温敏浆料；
17、(3)将温敏浆料涂覆在电极层表面，形成温敏层；
18、(4)在温敏层表面制备封装层，得到所述薄膜柔性温度阵列传感器。
19、优选地，所述步骤(1)中，采用等离子技术对基底层处理；其中，所述等离子气体为空气、氧气、氮气、二氧化碳中的至少一种；气压为50-150pa，功率为100-200w，等离子处理的时间为40-200s。
20、优选地，所述温敏浆料的制备方法，包括以下步骤：先将质子酸、苯胺单体或噻吩单体混合通过引发剂聚合制备质子酸的化学掺杂的聚苯胺或聚3,4-乙烯二氧噻吩溶液，得到所述温敏材料。其中，反应温度为0-24℃，时间为0.5-24h，转速为5000-18000r/min。若反应温度过高会发生爆聚，反应的速度快，短时间内生成的大量聚苯胺分子链容易聚集在一起，也可能会发生局部过氧化甚至发生交联反应，从而导致聚合产物的水溶性、导电性下降。
21、由于质子酸的引入增大了聚苯胺或聚3,4-乙烯二氧噻吩间的距离，可以使链间电子传递作用减弱。在升温的过程中，苯环间的平面扭转角改变，共轭体系的轨道重叠度增加，使高聚物链上的电子定域性降低，从而使高聚物电导率升高，同时聚苯胺或聚3,4-乙烯二氧噻吩氧化度占比会随温度变化，宏观表现为导电涂层电阻的变化。
22、聚苯乙烯磺酸等质子酸作为聚合物电解质而言，可以基于静电驱动力吸附苯胺单体阳离子或苯胺单体阳离子自由基之后形成聚合中心，可以用苯胺单体或3,4-乙烯二氧噻吩为原料通过乳液聚合制备出导电高分子，由于成膜时不直接使用聚苯胺和聚乙烯二氧噻吩，故不需要特殊溶剂，可在环保经济的水溶液中进行，而且得到的聚苯胺性能稳定，分散性优于物理共混的聚苯胺与聚苯乙烯磺酸溶液。
23、优选地，所述引发剂为过硫酸铵。
24、优选地，所述步骤(2)中，将所述温敏材料、填料和溶液进行分散混合，再进行离心；得到所述温敏浆料；其中，混合的转速为5000-18000r/min，混合的温度为0-24℃，混合的时间为0.5-1h；即在较低温度的条件进行混合，控制反应温度的原因是防止局部过氧化，产生副产物，进而影响产率和导电率。离心的转速为5000-10000r/min，离心的时间为5-20min，高速离心的目的是为了除去未分散的聚集体。
25、需要注意的是，制备过程必须保证苯胺单体在质子酸共混体系下通过引发剂下聚合得到导电高分子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，依次包括基底层、电极层、温敏层和封装层；其中，所述温敏层包括以下按重量份计的原料：温敏材料2-20份、填料1-20份、连接剂2-20份；所述温敏材料为质子酸化学掺杂的导电高分子的聚合物；所述导电高分子为聚苯胺或聚3,4-乙烯二氧噻吩。
2.如权利要求1所述的薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，所述质子酸包括聚苯乙烯磺酸、聚邻氨基苯磺酸、聚邻氨基苯甲酸、十二烷基苯磺酸中的至少一种；所述温敏材料中质子酸的质量浓度为2-20mg/mL。
3.如权利要求1或2所述的薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，如下(Ⅰ)～(Ⅲ)中的至少一种：
4.如权利要求1或2所述的薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，如下(Ⅰ)～(III)中的至少一种：
5.如权利要求1所述的薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，所述电极层包括电极板以及设置在电极板上的若干条正面走线、若干条背面走线和若干个过孔；所述正面走线和背面走线通过过孔连接在所述电极板上；所述正面走线横向设置，所述背面走线纵向设置，正面走线与背面走线相交连接处设有过
6.权利要求1-5任一项所述的薄膜柔性温度阵列传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的薄膜柔性温度阵列传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，采用等离子技术对基底层处理；其中，所述等离子气体为空气、氧气、氮气、二氧化碳中的至少一种；气压为50-150Pa，功率为100-200W，等离子处理的时间为40-200s。
8.如权利要求6所述的薄膜柔性温度阵列传感器的制备方法，其特征在于，所述温敏浆料的制备方法，包括以下步骤：先将质子酸、苯胺单体或噻吩单体混合通过引发剂聚合制备质子酸的化学掺杂的聚苯胺或聚3,4-乙烯二氧噻吩溶液，得到所述温敏材料；其中，混合的转速为5000-18000r/min，混合的温度为0-24℃，混合的时间为0.5-24h。
9.如权利要求6所述的薄膜柔性温度阵列传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将所述温敏材料、填料和溶液进行分散混合，再进行离心；得到所述温敏浆料；其中，混合的转速为5000-18000r/min，混合的温度为0-24℃，混合的时间为0.5-1h；离心的转速为5000-10000r/min，离心的时间为5-20min。
10.如权利要求6所述的薄膜柔性温度阵列传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将温敏浆料涂覆在电极层表面后，进行加热，形成温敏层；其中，加热的温度为60-100℃；加热的时间为12-24h。
...【技术特征摘要】
1.一种薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，依次包括基底层、电极层、温敏层和封装层；其中，所述温敏层包括以下按重量份计的原料：温敏材料2-20份、填料1-20份、连接剂2-20份；所述温敏材料为质子酸化学掺杂的导电高分子的聚合物；所述导电高分子为聚苯胺或聚3,4-乙烯二氧噻吩。
2.如权利要求1所述的薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，所述质子酸包括聚苯乙烯磺酸、聚邻氨基苯磺酸、聚邻氨基苯甲酸、十二烷基苯磺酸中的至少一种；所述温敏材料中质子酸的质量浓度为2-20mg/ml。
3.如权利要求1或2所述的薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，如下(ⅰ)～(ⅲ)中的至少一种：
4.如权利要求1或2所述的薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，如下(ⅰ)～(iii)中的至少一种：
5.如权利要求1所述的薄膜柔性温度阵列传感器，其特征在于，所述电极层包括电极板以及设置在电极板上的若干条正面走线、若干条背面走线和若干个过孔；所述正面走线和背面走线通过过孔连接在所述电极板上；所述正面走线横向设置，所述背面走线纵向设置，正面走线与背面走线相交连接处设有过孔。
6.权利要求1-5任一项所述的薄膜柔性温度阵列传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.如权利要求6所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦泽昭，李昊晨，张通，杨小牛，
申请(专利权)人：广东粤港澳大湾区黄埔材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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