[发明专利]一种柔性可拉伸温度传感芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性可拉伸温度传感芯片及其制备方法，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性可拉伸温度传感芯片及其制备方法，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。

本发明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200～300μm。

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，本发明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150μm，高度具体可为100μm。

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、1-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，本发明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，本发明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10：1的比例混合后，在65℃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，沉积速度具体可为金膜的沉积时间具体可为3分钟，沉积速度具体可为

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≥

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。

本发明具有如下有益效果：