本發(fā)明涉及柔性電子，尤其涉及一種基于三維模塊化布局的柔性電容式溫度傳感器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。傳統(tǒng)溫度傳感元件多采用直線(xiàn)布局，在動(dòng)態(tài)拉伸時(shí)易因應(yīng)力集中導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)斷裂，且與壓力傳感元件耦合時(shí)信號(hào)易受干擾。此外，多數(shù)傳感器缺乏模塊化設(shè)計(jì)，限制了大規(guī)模陣列集成的靈活性。

2、可穿戴設(shè)備的柔性化設(shè)計(jì)由于其舒適，可長(zhǎng)期重復(fù)使用的特性，在人體健康監(jiān)測(cè)、病情持續(xù)監(jiān)測(cè)以及醫(yī)療設(shè)備方面具有巨大的潛力，因此短時(shí)間內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。柔性傳感器是可穿戴設(shè)備的重要組成部分，其中包括壓力傳感器、應(yīng)變傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器等。這些傳感器已日常生活中廣泛應(yīng)用于身體健康檢測(cè)、自動(dòng)化控制、智能家居和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。

3、但是隨著柔性傳感技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，特殊應(yīng)用的需求越來(lái)越高，要求柔性傳感器和其他電子設(shè)備可穿戴化或能夠被應(yīng)用于不同場(chǎng)景，例如貼合生物體表、取代機(jī)器人活動(dòng)關(guān)節(jié)等。在這些應(yīng)用中，現(xiàn)有柔性傳感器雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是目前其靈敏度、穩(wěn)定性等方面還存在諸多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步研究和改進(jìn)。而由于傳統(tǒng)硅基電子器件具有剛性和易脆的特性，難以持續(xù)與生物表面貼合，這不僅影響了人體的舒適度，甚至可能降低傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性，其可重復(fù)性也難以得到保證。

4、因此，根據(jù)上述中的相關(guān)技術(shù)，亟需研發(fā)一種基于三維模塊化布局的柔性電容式溫度傳感器及其制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于三維模塊化布局的柔性電容式溫度傳感器，以解決現(xiàn)有技術(shù)中柔性溫度傳感器靈敏度低，溫度信號(hào)檢測(cè)精度精度較低和抗拉伸性能低的問(wèn)題。

2、基于上述目的，本發(fā)明提供了一種基于三維模塊化布局的柔性電容式溫度傳感器，其特征在于，包括柔性可拉伸襯底及若干均勻分布在其上的柔性溫度傳感元件，所述柔性溫度傳感元件兩兩之間由導(dǎo)通件連接；

3、所述柔性可拉伸襯底的厚度為0.2mm±5μm；

4、所述柔性溫度傳感元件為三層一體的超薄薄膜；

5、所述導(dǎo)通件由銀導(dǎo)線(xiàn)和導(dǎo)電銀膠組成。

6、所述柔性可拉伸襯底為pdms襯底、sebs襯底和tpu襯底中的任意一種。

7、所述pdms襯底的制備過(guò)程如下：

8、將pdms預(yù)聚物、固化劑混合，機(jī)械攪拌2min，加入表面活性劑，真空脫泡，脫泡后加入玻璃模具中刮涂，再經(jīng)過(guò)固化，脫模得到pdms襯底；

9、優(yōu)選的，所述pdms預(yù)聚物和固化劑的質(zhì)量比為8-10:1-1.5；

10、優(yōu)選的，所述表面活性劑為triton?x-100，所述表面活性劑在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5wt％；

11、優(yōu)選的，所述真空脫泡的時(shí)間為30min；

12、優(yōu)選的，所述玻璃模具經(jīng)硅烷化處理，所述玻璃模具的規(guī)格為30mm×30mm×0.25mm；

13、優(yōu)選的，所述刮涂工藝中采取刃口間隙為0.2mm的精密刮刀，刮涂速度為1mm/s；

14、優(yōu)選的，所述固化溫度為80℃，固化時(shí)間為2h。

15、所述sebs襯底的制備過(guò)程如下：

16、將sebs預(yù)聚物、溶劑混合，室溫?cái)嚢?h，加入添加劑，超聲處理1h后加入聚四氟乙烯模具中澆鑄，再經(jīng)過(guò)干燥，脫模得到sebs襯底；

17、優(yōu)選的，所述溶劑為甲苯，所述添加劑為碳納米管，以增強(qiáng)力學(xué)性能，所述sebs預(yù)聚物與所述碳納米管在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為10-12wt％：0.3-0.5wt％；

18、優(yōu)選的，所述聚四氟乙烯模具的規(guī)格為30mm×30mm×0.2mm；

19、優(yōu)選的，所述澆鑄工藝為靜置10min使溶液自流平；

20、優(yōu)選的，所述干燥溫度為50℃，干燥時(shí)間為4h。

21、所述tpu襯底的制備過(guò)程如下：

22、將tpu預(yù)聚物溶于溶劑，于60℃磁力攪拌4h，加入添加劑，超聲20min，加入pet基底中旋涂，再經(jīng)過(guò)干燥，脫模得到tpu襯底；

23、優(yōu)選的，所述溶劑為dmac，所述添加劑為納米二氧化硅，以增強(qiáng)力學(xué)性能，所述tpu預(yù)聚物與所述納米二氧化硅在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比為13-15wt％：1-1.2wt％；

24、優(yōu)選的，所述pet基底的表面粗糙度ra＜0.1μm；

25、優(yōu)選的，所述旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000rpm，旋涂時(shí)間為30s；

26、優(yōu)選的，所述干燥溫度為80℃，干燥時(shí)間為2h。

27、所述柔性溫度傳感元件的制備過(guò)程如下：

28、將pva水溶液加入到mxene水溶液中，于90℃磁力攪拌0.5h，加入甘油和硼砂水溶液，于95℃磁力攪拌2h，滴注于模具中，使用旋涂機(jī)旋涂后，再經(jīng)過(guò)固化，得到一層超薄薄膜，再重復(fù)兩次滴注旋涂，最后獲得三層一體的超薄薄膜；然后利用真空離子濺射將薄膜上下底面進(jìn)行鍍金，再利用激光切割機(jī)型圖案化處理最終獲得柔性溫度傳感元件；

29、優(yōu)選的，所述pva的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-15wt％；

30、優(yōu)選的，所述甘油和硼砂水溶液的體積分?jǐn)?shù)比為1v％-3v％：1v％-3v％；所述硼砂水溶液中硼砂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5wt％；

31、優(yōu)選的，所述旋涂機(jī)的轉(zhuǎn)速為3000rpm，旋涂時(shí)間為30s；

32、優(yōu)選的，所述固化溫度為80℃，固化時(shí)間為2h；

33、優(yōu)選的，所述三層一體的超薄薄膜的厚度為0.1mm±5μm。

34、所述mxene水溶液的制備過(guò)程如下：

35、將ti3alc2母體加入hcl/lif混合溶液中室溫磁力攪拌0.5h后，于40℃刻蝕45h，然后進(jìn)行超聲和離心，最后取上層溶液，獲得均勻分散的mxene溶液；

36、優(yōu)選的，所述hcl、lif和ti3alc2的質(zhì)量比為25：2：1；

37、優(yōu)選的，所述超聲于氬氣氛圍下進(jìn)行，超聲時(shí)間為1h；

38、優(yōu)選的，所述離心于試管中進(jìn)行，離心機(jī)轉(zhuǎn)速不大于3500r/min，離心時(shí)間為1h。

39、優(yōu)選的，所述真空離子濺射的時(shí)間不低于15s，以獲得致密的鍍金層。

40、優(yōu)選的，所述圖案化過(guò)程為：將薄膜置于激光切割成正六邊形形狀，內(nèi)部進(jìn)行處理獲得kirigami結(jié)構(gòu)，且整體單元保持聯(lián)通，拉伸時(shí)可以通過(guò)波形展開(kāi)補(bǔ)償形變，來(lái)維持電信號(hào)穩(wěn)定性；再啟動(dòng)切割機(jī)最后獲得柔性溫度傳感元件。

41、優(yōu)選的，在柔性溫度傳感單元上表面正交排列銀導(dǎo)線(xiàn)所述導(dǎo)通件中銀導(dǎo)線(xiàn)用超薄雙面膠粘在柔性襯底上；所述銀導(dǎo)線(xiàn)正交排列在柔性溫度傳感元件上；所述銀導(dǎo)線(xiàn)為蛇形結(jié)構(gòu)；所述導(dǎo)通件中導(dǎo)電銀膠用來(lái)固定銀導(dǎo)線(xiàn)與溫度傳感元件中心接觸位點(diǎn)。

42、本發(fā)明的有益效果：

43、本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)適應(yīng)性設(shè)計(jì)，蛇形導(dǎo)線(xiàn)采用振幅為導(dǎo)線(xiàn)寬度的3-5倍的周期性正弦波結(jié)構(gòu)，柔性溫度傳感元件采用kirigami剪紙結(jié)構(gòu)，柔性溫度傳感元件為三層一體的超薄薄膜，拉伸時(shí)通過(guò)波形展開(kāi)補(bǔ)償形變，維持電信號(hào)穩(wěn)定性，溫度靈敏度高，具有優(yōu)越的溫度傳感功能；

44、該柔性傳感器利用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度信號(hào)的高精度檢測(cè)與抗拉伸性能。