[发明专利]一种基于薄膜的电容式温度传感器及其制作方法

说明书

本发明涉及温度传感器领域，更具体地，涉及一种基于薄膜的电容式温度传感器及其制作方法，包括有配合在一起的绝缘衬底和绝缘覆盖层，所述绝缘衬底和绝缘覆盖层之间设有敏感薄膜、电极。本发明能提高可拉伸传感器的灵敏度、响应速度、适用温度范围并兼具透明性，进而实现极端温度环境测试和人体运动情况实时监测。

技术领域

本发明涉及温度传感器领域，更具体地，涉及一种基于薄膜的电容式温度传感器及其制作方法。

背景技术

柔性和可伸展的电子产品已经开发并应用于人机界面、植入式医疗传感器、可穿戴电子设备、人工躯体反射弧等领域。在上述应用中，温度传感是一个常见而且必要的部分，可以实时监测皮肤表面、周围环境和植入区域的温度，以帮助调整后续计划。一般来说，采用结构设计和材料创新两种策略来实现电子器件的柔韧性和伸缩性：如下方法：“岛-桥”、波浪和裂纹等结构设计，纳米材料如石墨烯，碳纳米管、MXenes和二硫化钼等、液态金属和水凝胶等用于材料创新。然而，由于结构工程设计和工艺的复杂性和繁琐性，设备制造成本高，产量低等问题使结构创新成为一高门槛的方案。另一方面，新材料既要具有生物相容性、长期稳定性、内在可拉伸性，又要与微加工工艺兼容，这也是一个挑战。对此，本身具备拉伸性与可塑造性的水凝胶成为一个突破口。

水凝胶是含有大量水的三维交联网络聚合物。与单网络水凝胶相比，已有研究表明，双网络水凝胶由于额外的交联方式、能量耗散和网络互连方式，在拉伸性能、韧性和回复性能方面表现更优异。由于水凝胶中含有丰富的水，离子可以快速扩散和迁移，使水凝胶可以应用于可拉伸离子导体、可拉伸温度传感器和软机器人驱动器。然而，在一般环境下干燥和低温冷冻的趋势严重降低了其应用范围和长期耐久性。目前报道的可伸缩温度传感器很少能同时满足高灵敏度和实时性监测的要求，特别是极端温度环境下。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的温度传感器不能满足高灵敏度和实时性监测的要求，提供一种基于薄膜的电容式温度传感器及其制作方法，以提高可拉伸传感器的灵敏度、响应速度、适用温度范围并兼具透明性，进而实现极端温度环境测试和人体运动情况实时监测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于薄膜的电容式温度传感器，其中，包括有配合在一起的绝缘衬底和绝缘覆盖层，所述绝缘衬底和绝缘覆盖层之间设有敏感薄膜、电极。

在一个实施方式中，绝缘衬底用作透明保护层。

在一个实施方式中，敏感薄膜用作温度敏感材料层。

在一个实施方式中，敏感薄膜采用聚丙烯酰胺/卡拉胶双网络水凝胶薄膜。

优选地，水凝胶薄膜经过盐溶液处理。

优选地，盐溶液为溴化锂。

在一个实施方式中，绝缘衬底和绝缘覆盖层采用聚二甲基硅氧烷或Ecoflex。

在一个实施方式中，电极采用导电银胶或石墨烯或MXenes材料制成。

优选地，电极与敏感薄膜相对于绝缘衬底处于同一层。

本发明提供一种基于薄膜的电容式温度传感器的制作方法，其中，包括如下步骤：

S1：采用六甲基二硅胺烷对石英玻璃基底进行硅烷化处理；

S2：在硅烷化处理后的石英玻璃基底上旋涂未聚合聚二甲基硅氧烷，经过加热聚合得到绝缘衬底；

S3：对S2步骤后的绝缘衬底进行Plasma等离子工艺处理，再旋涂丙烯酰胺/卡拉胶溶液，引入抗冻盐溶液，依次进行低温-紫外或紫外-低温聚合，得到聚合的抗冻水凝胶薄膜层；

S4：剪裁所得到的水凝胶薄膜得到温度敏感和形变敏感的水凝胶薄膜工作区；