[发明专利]柔性电容式温度传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了柔性电容式温度传感器及其制作方法，该柔性电容式温度传感器为顺排六方氮化硼/PVDF薄膜层、MXene/PVA薄膜层、六方氮化硼/PVDF薄膜层的三明治结构，三明治结构的上下外表面分别镀有金电极，以形成柔性电容式温度传感器的上、下电极；其中间层的MXene/PVA薄膜，高导电性的MXene和高绝缘性的聚合物基体之间存在界面极化，能够提供较高的介电常数并且介电常数随温度变化出现较大变化；而上下两层为六方氮化硼/PVDF薄膜，六方氮化硼可以抑制电极上的电荷输入到介质中，而且夹层结构使得层与层之间出现屏障效应，增强电荷捕获，使其获得高的击穿强度，在高电场条件下保护器件。

技术领域

本发明涉及纳米材料和纳米功能器件制备技术领域，尤其涉及柔性电容式温度传感器及其制作方法。

背景技术

传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息变换成电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，换句话说，传感器就像人类五官等感知器官。传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的存在和发展，让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官，让物体慢慢变得活了起来。目前，传感器广泛应用于社会发展及人类生活的各个领域，如工业自动化、航天技术、军事工程、机器人技术、海洋探测、环境监测、安全保卫、医疗诊断等。

随着近年来集成电路的出现，电容式传感器克服其固有缺点，逐渐发展成为一种用途极广，很有发展潜力的传感器。电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于外力、压力、振动等引起的极距变化，例如电容式压力传感器。面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。电容式传感器由于其高阻抗、小功率、结构简单，适应性强等特点，已经越来越受到科研界的关注。

随着可穿戴器件的发展和应用需求，柔性器件的发展越来越受到人们的关注。聚合物电介质由于具有超高的固有击穿强度，且具有一定的柔性，因此在柔性器件的领域受到越来越多的重视。但聚合物的介电常数较低，放电的能量密度达不到理想水平，使其发展受到限制。目前已经有报道，为了获得较高的介电常数，人们往PVDF，PVA等聚合物中添加碳纳米管，MXene等导电填料，以此获得性能较好的电容器。而通过实验发现，加入导电填料后，虽然能够获得较高的介电常数，但是电容器的击穿强度大大降低，在高电场强度下无法正常工作。

发明内容

本发明为解决现有的柔性电容式传感器无法兼具较高介电常数，较低介电损耗和较高击穿强度的问题，提供了柔性电容式温度传感器及其制作方法。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

柔性电容式温度传感器，所述柔性电容式温度传感器为顺排六方氮化硼/PVDF薄膜层、MXene/PVA薄膜层、六方氮化硼/PVDF薄膜层的三明治结构，所述三明治结构的上下外表面分别镀有金电极，以形成所述柔性电容式温度传感器的上、下电极。

上述方案中，柔性电容式温度传感器的三明治结构：首先中间一层是MXene/PVA薄膜，高导电性的MXene和高绝缘性的聚合物基体之间存在界面极化，能够提供较高的介电常数并且介电常数随温度变化出现较大变化；而上下两层为六方氮化硼/PVDF薄膜，六方氮化硼可以抑制电极上的电荷输入到介质中，而且夹层结构使得层与层之间出现屏障效应，能够使其获得高的击穿强度，在高电场条件下保护器件。因此该柔性电容式温度传感器的柔韧性好，能够在一定温度范围内检测到温度的变化，具有较高的介电常数，较低的介电损耗和较高的击穿强度。

优选的，所述六方氮化硼/PVDF薄膜层中，六方氮化硼含量为8.0wt％。在本优选方案中，8.0wt％的六方氮化硼含量既可提高电容器的击穿强度，又能够获得较高的介电系数，从而使得柔性电容式温度传感器具有更好的性能。