一种制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法

1.本发明涉及柔性温度传感器技术领域，具体为一种制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法。


背景技术：

2.柔性温度传感器在集成化柔性电子系统中扮演着重要的角色，可以实现对人体温度和外界温度的实时监测，其中电阻型温度传感器具有成本低廉、制备工艺简单、功耗低等优势，是用于柔性可穿戴设备中常用的一种类型。利用随温度可发生明显相转变的聚合物材料与导电填料构建复合浆料，进而制备柔性温度传感器的思路是实现传感器批量化制备的重要手段。然而，目前具有聚合物相转变特性的聚合物材料在特定温度区间具有较窄的相转变区间，虽然这样有利于实现较高的灵敏度，但也导致了所制备温度传感器的温度检测范围较窄，在发生相转变之前和相转变之后，温度传感器便失去了温度传感特性，为此我们提出了一种制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法。


技术实现要素：

3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供一种制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，以解决上述的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，包括以下步骤：
8.第一步：以两种或两种以上带有不同长度侧链的丙烯酸类单体为原料，利用热引发或光引发聚合制备嵌段共聚物；
9.第二步：调控单体种类和单体比例，制备不同单体含量的嵌段共聚物；
10.第三步：将所制备的嵌段共聚物中的两种或两种以上溶解于四氢呋喃中，然后加入导电填料，超声混合均匀，得到可用于溶液涂覆的温敏油墨；
11.第四步：通过丝网印刷、高温热压温敏油墨制备平面型柔性温度传感器或者通过表面涂覆温敏油墨或者浸渍干燥的工艺包裹在纤维表面以制备纤维温度传感器。
12.优选的，所述丙烯酸类共聚物为丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸十二酯和丙烯酸十八酯中的任意两种单体的嵌段共聚物。
13.优选的，所述温敏油墨的制备包含使用两种或两种不同单体比例和含量的嵌段共聚物进行共混。
14.优选的，两种所述单体的嵌段共聚物的配比范围为1-9:1-9。
15.优选的，所述导电填料包括石墨、石墨烯、碳纳米管、过渡金属碳/氮化物、导电金属纳米粒子或者纳米线等中的一种或多种。
16.优选的，所述导电填料的含量为10-50wt％。
17.(三)有益效果
18.与现有技术相比，本发明提供的制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，具备以下有益效果：
19.1、该制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，利用多种不同相转变温度的嵌段共聚物共混制备具有温敏特性的多级相转变复合温敏材料，改善现有温敏材料检测温度范围窄和灵敏度低的问题。
20.2、该制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，成本低廉、可加工性优良、操作简单。
附图说明
21.图1为本发明实施例温敏油墨的差示扫描量热曲线示意图；
22.图2为本发明实施例温度传感器的温度传感特性示意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例
25.请参阅图1-2，本发明实施例提供的制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，包括以下步骤：
26.第一步：以两种或两种以上带有不同长度侧链的丙烯酸类单体为原料，利用热引发或光引发聚合制备嵌段共聚物；
27.第二步：调控单体种类和单体比例，制备不同单体含量的嵌段共聚物；
28.第三步：将所制备的嵌段共聚物中的两种或两种以上溶解于四氢呋喃中，然后加入导电填料，超声混合均匀，得到可用于溶液涂覆的温敏油墨；
29.第四步：制备温度传感器。
30.丙烯酸类单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸十二酯和丙烯酸十八酯等在内的其中两种单体的嵌段共聚物，两种单体配比范围在1:9到9:1之间。
31.导电填料包括石墨、石墨烯、碳纳米管、过渡金属碳/氮化物、导电金属纳米粒子或者纳米线等中的一种或多种，导电填料的含量为10-50wt％。
32.可以通过丝网印刷、高温热压温敏复合物制备平面型柔性温度传感器，也可以通过表面涂覆或者浸渍干燥的工艺包裹在纤维表面以制备纤维温度传感器。
33.示例：采用丙烯酸丁酯和丙烯酸十八酯为单体，以偶氮二异丁腈为引发剂进行热引发聚合，分别制备丙烯酸丁酯含量为30wt％，40wt％，60wt％和80wt％的四种嵌段共聚物，以四种聚合物1:1:1:1的比例溶解于5份四氢呋喃中，加入1份石墨烯粉末，超声混合均匀，得到可用于溶液涂覆的温敏油墨，通过丝网印刷、高温热压温敏油墨制备平面型柔性温度传感器或者通过表面涂覆温敏油墨或者浸渍干燥的工艺包裹在纤维表面以制备纤维温度传感器。
34.由图1差示扫描量热曲线可以看出，复合温敏油墨具有多级相转变行为。将上述油墨涂覆在带有微纳刻蚀通道的镀银尼龙纤维表面，其中通道宽度为0.5毫米，涂覆温敏油墨厚度控制在50-300微米，得到纤维温度传感器。由图2可以看出，温度传感器在5-60摄氏度范围内具有良好的温敏响应。
35.本发明上述实施例提供的制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，重点是利用多种不同相转变温度的嵌段共聚物共混制备具有温敏特性的多级相转变复合温敏材料，改善现有温敏材料检测温度范围窄和灵敏度低的问题。
36.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。


技术特征：
1.一种制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：以两种或两种以上带有不同长度侧链的丙烯酸类单体为原料，利用热引发或光引发聚合制备嵌段共聚物；第二步：调控单体种类和单体比例，制备不同单体含量的嵌段共聚物；第三步：将所制备的嵌段共聚物中的两种或两种以上溶解于四氢呋喃中，然后加入导电填料，超声混合均匀，得到可用于溶液涂覆的温敏油墨；第四步：通过丝网印刷、高温热压温敏油墨制备平面型柔性温度传感器或者通过表面涂覆温敏油墨或者浸渍干燥的工艺包裹在纤维表面以制备纤维温度传感器。2.根据权利要求1所述的制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，其特征在于：所述丙烯酸类共聚物为丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸十二酯和丙烯酸十八酯中的任意两种单体的嵌段共聚物。3.根据权利要求1所述的制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，其特征在于：所述温敏油墨的制备包含使用两种或两种不同单体比例和含量的嵌段共聚物进行共混。4.根据权利要求1所述的制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，其特征在于：两种所述单体的嵌段共聚物的配比范围为1-9:1-9。5.根据权利要求1所述的制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，其特征在于：所述导电填料包括石墨、石墨烯、碳纳米管、过渡金属碳/氮化物、导电金属纳米粒子或者纳米线等中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，其特征在于：所述导电填料的含量为10-50wt％。

技术总结
本发明涉及柔性温度传感器技术领域，公开了一种制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，包括以下步骤：以两种或两种以上不同侧链长度的丙烯酸类单体为原料，利用热引发或光引发聚合制备嵌段共聚物；调控单体种类和单体比例，制备不同单体含量的嵌段共聚物；将所制备的嵌段共聚物中的两种或两种以上溶解于四氢呋喃中，然后加入导电填料，超声混合均匀，得到可用于溶液涂覆的温敏油墨。该制备高灵敏度和宽检测范围温度传感器的方法，利用多种不同相转变温度的嵌段共聚物共混制备具有温敏特性的多级相转变复合温敏材料，改善现有温敏材料检测温度范围窄和灵敏度低的问题。材料检测温度范围窄和灵敏度低的问题。材料检测温度范围窄和灵敏度低的问题。


技术研发人员：宋忠乾 牛利 李伟燕 刘振邦 包宇
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：2022.09.20
技术公布日：2023/2/3