【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及温度传感器领域，具体地说是涉及一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，以及该柔性温度传感器的制备方法。
技术介绍
1、随着现代科技的发展，深海热泉对于地球科学、生命科学以及能源科学等领域的重要性日益凸显。深海热泉是指位于海底的热液喷口，能够喷出高温、高压的热水和气体，同时还含有大量的矿物质和微生物，是许多生物群落的栖息地。这些特殊的环境条件为人类提供了独特的研究和开发机会，对地球生态系统的了解和研究具有重要意义。
2、然而，海底热泉的研究和开发也面临着一系列技术挑战。其中之一就是如何实时、准确地监测深海热泉的温度、压力等参数。由于深海热泉的环境极其恶劣复杂，非原位监测困难极大，生态环境也极其脆弱，传统的监测技术往往难以满足要求。
3、柔性温度传感器具有灵活性，适合原位监测等优点。然而，现有的柔性温度传感器存在测温范围窄、测温分辨率低等问题，而且易断裂、易老化、不耐腐蚀、易受干扰，导致其长时间原位监测能力差，限制了其在深海环境下的应用。
技术实现思路
1、基于上述技术问题，本专利技术提出一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，以及该柔性温度传感器的制备方法。
2、本专利技术所采用的技术解决方案是：
3、一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，包括柔性衬底、温度敏感层和防水层，温度敏感层设置在柔性衬底的一侧表面，防水层覆盖在温度敏感层上；
4、所述温度敏感层包括正极敏感层和负极敏感层，正极敏感层和负极敏感层均呈蛇
5、优选的，所述柔性衬底是采用聚酰亚胺材料加工制成的，柔性衬底呈长方形、正方形、弧面形、环形、圆形或椭圆形；柔性衬底的厚度为0.05-0.07mm。
6、优选的，所述正极敏感层包括横向蛇形结构，横向蛇形结构沿柔性衬底的长度方向伸展，在横向蛇形结构的一端顺序连接纵向蛇形结构，在横向蛇形结构的另一端连接引线接触端；
7、所述正极敏感层和负极敏感层呈对称布置；正极敏感层和负极敏感层的纵向蛇形结构末端相接触；
8、温度敏感层的厚度为0.05-0.1mm。
9、优选的，所述正极敏感层和负极敏感层均采用丝网印刷工艺加工制成，正极敏感层为正极氧化铟锡，负极敏感层为负极氧化铟；所述防水层为pet防水层；pet防水层的厚度为0.1mm-0.12mm；在连接引线的外侧还包裹有pdms封装层。
10、本专利技术还提供一种如上所述用于海底热泉原位监测柔性温度传感器的制备方法，包括以下步骤：
11、s1、选取聚酰亚胺柔性衬底，对其进行超声清洗，然后用气体等离子体轰击聚酰亚胺柔性衬底的表面，得到预处理后的聚酰亚胺柔性衬底；
12、s2、使用环氧树脂、聚醚胺与氧化铟锡配制正极印刷浆料，使用环氧树脂、聚醚胺与氧化铟配制负极印刷浆料；
13、s3、先采用丝网印刷工艺在处理后的聚酰亚胺柔性衬底表面印刷正极印刷浆料，然后加热固化，得到正极氧化铟锡，即正极敏感层；
14、s4、再采用丝网印刷工艺在聚酰亚胺柔性衬底表面印刷负极印刷浆料，然后加热固化，得到负极氧化铟，即负极敏感层；
15、正极敏感层和负极敏感层均为蛇形布置，正极敏感层和负极敏感层的同一端部相接触，且正极敏感层和负极敏感层呈对称分布；
16、s5、将丝网印刷有正极敏感层和负极敏感层的聚酰亚胺柔性衬底放入管式炉中进行烧结处理；
17、s6、烧结处理后，采用丝网印刷工艺在正极敏感层和负极敏感层的上方印刷防水保护层，然后加热固化；并在正极敏感层和负极敏感层的另一端部均连接引线，对引线进行封装，引线的末端与数据采集端连接。
18、优选的，步骤s1中：先用酒精超声清洗10-15分钟、丙酮超声清洗5-7分钟，且完全风干后，再用气体等离子体轰击聚酰亚胺柔性衬底100-120秒。
19、优选的，步骤s2中：所采用的环氧树脂为环氧树脂e51，聚醚胺为聚醚胺d-400；所采用的氧化铟锡和氧化铟均为粉末，粒径为1-1.2微米；
20、其中，在配制正极印刷浆料时，环氧树脂e51、聚醚胺d-400与氧化铟锡粉末的质量比为10∶2-4∶5-7；在配制负极印刷浆料时，环氧树脂e51、聚醚胺d-400与氧化铟粉末的质量比为10∶2-4∶7-8；
21、配制好的正极印刷浆料和负极印刷浆料在丝网印刷前，先进行搅拌，控制搅拌温度为45-60℃，搅拌转速为1200-1500rpm，搅拌时间为60-90分钟。
22、优选的，步骤s3和s4中：控制加热固化温度为80-100℃，加热固化时间为20-30分钟；丝网印刷板为300目；步骤s6中，控制加热固化温度为130-150℃，加热固化时间为20-30分钟；丝网印刷板为200目。
23、优选的，步骤s5中：烧结过程中通入惰性气体；烧结过程如下：先以8℃/分钟的速率升至200℃后，再以5℃/分钟的速率升至350℃，350℃保持30分钟后，以5℃/分钟的退火速率降至室温。
24、优选的，所述数据采集端为具有冷端补偿、储存电压数据功能的数据采集卡。
25、本专利技术的有益技术效果如下：
26、本专利技术柔性温度传感器或者说柔性热电偶超薄，并可以任意裁剪、弯曲乃至卷曲，柔性较好，温度测量范围可达-50.0～350.0±0.3℃，灵敏度可达100-120μv·℃-1，能够有效满足柔性温度传感器对深海热泉的测温需求。
27、本专利技术中正极敏感层和负极敏感层均沿衬底伸展方向呈蛇形布置，且正极敏感层和负极敏感层对称分布，该设置方式即确保了传感器整体的柔性，并具有较好的测量灵敏度，而且在传感器受到横向和纵向拉伸时均具有较大的内应力。
28、本专利技术设计制备了一种具有长时间原位监测能力、生态友好的用于海底热泉原位监测的柔性温度传感器。该传感器采用环氧树脂e51与聚醚胺d-400作为固化剂和粘合剂，并且正极采用氧化铟锡、负极采用氧化铟，配制得到正负极浆料，然后采用丝网印刷、固化和烧结工艺处理的方式，得到温度敏感层，并对温度敏感层的结构布置进行限定，这种设计方式使得传感器具有较宽的温度测量范围，可适用于温度较高的海底热泉，而且测温灵敏度高，同时温度传感器具备高度柔韧性和优异耐久性，能够长期稳定地在海底热泉环境中工作，并且对环境无污染，不会破坏脆弱的海底热泉生态环境。
29、本专利技术还通过设置pet防水保护层和pdms封装的引线，可进一步提升传感器的防水效果以及耐久性能，确保传感器能够长期稳定地用于海底热泉原位监测。
30、本专利技术通过选取聚酰亚胺柔性衬底，并对其进行预处理，再配合正负极浆料的配制，丝网印刷、固化、烧结处理等工艺条件的控制，使得所制得柔性温度传感器能够实现水下长时间的原位温度测量，且有着极低的制造成本，并可以针对表面间隙小，测量面为非本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，其特征在于：包括柔性衬底、温度敏感层和防水层，温度敏感层设置在柔性衬底的一侧表面，防水层覆盖在温度敏感层上；
2.根据权利要求1所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，其特征在于：所述柔性衬底是采用聚酰亚胺材料加工制成的，柔性衬底呈长方形、正方形、弧面形、环形、圆形或椭圆形；柔性衬底的厚度为0.05-0.07mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，其特征在于：所述正极敏感层包括横向蛇形结构，横向蛇形结构沿柔性衬底的长度方向伸展，在横向蛇形结构的一端顺序连接纵向蛇形结构，在横向蛇形结构的另一端连接引线接触端；
4.根据权利要求1所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，其特征在于：所述正极敏感层和负极敏感层均采用丝网印刷工艺加工制成，正极敏感层为正极氧化铟锡，负极敏感层为负极氧化铟；所述防水层为PET防水层；PET防水层的厚度为0.1mm-0.12mm；在连接引线的外侧还包裹有PDMS封装层。
5.如权利要求1-4任一所述用于海底热泉原位监测柔性温度
6.根据权利要求5所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器的制备方法，其特征在于，步骤S1中：先用酒精超声清洗10-15分钟、丙酮超声清洗5-7分钟，且完全风干后，再用气体等离子体轰击聚酰亚胺柔性衬底100-120秒。
7.根据权利要求5所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器的制备方法，其特征在于，步骤S2中：所采用的环氧树脂为环氧树脂E51，聚醚胺为聚醚胺D-400；所采用的氧化铟锡和氧化铟均为粉末，粒径为1-1.2微米；
8.根据权利要求5所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器的制备方法，其特征在于，步骤S3和S4中：控制加热固化温度为80-100℃，加热固化时间为20-30分钟；丝网印刷板为300目；步骤S6中，控制加热固化温度为130-150℃，加热固化时间为20-30分钟；丝网印刷板为200目。
9.根据权利要求5所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器的制备方法，其特征在于，步骤S5中：烧结过程中通入惰性气体；烧结过程如下：先以8℃/分钟的速率升至200℃后，再以5℃/分钟的速率升至350℃，350℃保持30分钟后，以5℃/分钟的退火速率降至室温。
10.根据权利要求5所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器的制备方法，其特征在于：所述数据采集端为具有冷端补偿、储存电压数据功能的数据采集卡。
...【技术特征摘要】
1.一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，其特征在于：包括柔性衬底、温度敏感层和防水层，温度敏感层设置在柔性衬底的一侧表面，防水层覆盖在温度敏感层上；
2.根据权利要求1所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，其特征在于：所述柔性衬底是采用聚酰亚胺材料加工制成的，柔性衬底呈长方形、正方形、弧面形、环形、圆形或椭圆形；柔性衬底的厚度为0.05-0.07mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，其特征在于：所述正极敏感层包括横向蛇形结构，横向蛇形结构沿柔性衬底的长度方向伸展，在横向蛇形结构的一端顺序连接纵向蛇形结构，在横向蛇形结构的另一端连接引线接触端；
4.根据权利要求1所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器，其特征在于：所述正极敏感层和负极敏感层均采用丝网印刷工艺加工制成，正极敏感层为正极氧化铟锡，负极敏感层为负极氧化铟；所述防水层为pet防水层；pet防水层的厚度为0.1mm-0.12mm；在连接引线的外侧还包裹有pdms封装层。
5.如权利要求1-4任一所述用于海底热泉原位监测柔性温度传感器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种用于海底热泉原位监测柔性温度传感器的制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：李俊漾，温琦，潘飞，海振银，冯瑞婷，胡顺涛，周海睿，刘世龙，陈俊，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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