[发明专利]一种取能测温一体化可塑型温度传感器及其制备和温度传感方法

说明书

本发明公开了一种取能测温一体化可塑型温度传感器，它包括下基板及若干间隔设置在其表面的自取能‑温度传感单元；所述自取能‑温度传感单元包括自下而上依次设置的下基板电极、热电粒子、上基板电极和上基板；其中，下基板电极串联各组自取能‑温度传感单元；每个自取能‑温度传感单元中的P型和N型热电粒子平均分组，且各组热电粒子对应的上基板电极之间和上基板之间进行分离设置。本发明利用优化的温差发电器件构建开路电压与温度关系，并结合集成电路模块实现供能和温度感应的集成应用；所得温度传感器具有温度响应快、取能密度高、测温精度高、使用寿命长等特点，在无源物联网、自供能可穿戴设备、电子皮肤等新型产业中具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于传感技术领域，具体涉及一种取能测温一体化可塑型温度传感器及其制备和温度传感方法。

背景技术

在物联网与可穿戴健康监测的应用背景下，基于环境取能的柔性热电传感器件(FTES)受到研究者们的广泛关注。相较于传统的温度传感器，自取能可塑型温度传感器件可同时实现环境取能和温度传感，是实现物联网节点无源化和可穿戴监测设备免充电的重要基础。然而，现有的器件研究主要将热电取能和温度传感作为两个独立单元，很少涉及温度测量与能量获取两种功能复合的自取能温度传感技术。传统的开路电压获取通常依赖相应的电压信号采集器连接电脑才能显示出来，涉及的设备复杂；器件本身的输出电能不能得到很好的利用，传统的采集器需依赖外部电源供电。

刚性器件结构在面临复杂曲面热源时存在巨大的接触热损失，导致热电器件输出功率以数量级形式降低，柔性化设计对器件普适性具有重要意义。然而受制于柔性器件功率密度有限，难以有效驱动外电路，亟需进一步设计制备高功率密度高柔性高可靠性的柔性器件。

此外，传统的热敏电阻型温度传感器虽具有很好的电阻单位温度变化率，但存在反应较慢和温度依赖曲线的线性度极差等问题，测温准确度依赖外部校准，并需要额外的电流源进行驱动。热电偶型传感器宏观表现有限，局限于定点监测，对于多温度节点难以同时监测，同时需要电源驱动。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术存在的问题和不足，提供一种取能测温一体化可塑型温度传感器，利用改进的温差发电器件构建开路电压与温差的关系，并结合集成电路模块实现器件供能和温度感应一体化的集成应用；所述温度传感器具有温度响应快、取能密度高、测温精度高、使用寿命长等特点，在无源物联网、自供能可穿戴设备、电子皮肤等新型产业中具有很好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种取能测温一体化可塑型温度传感器，它包括下基板及若干个间隔设置在其表面的自取能-温度传感单元；所述自取能-温度传感单元包括自下而上依次设置的下基板电极、热电粒子、上基板电极和上基板；其中，热电粒子包括间隔、交替排布的P型热电粒子和N型热电粒子；下基板电极不同自取能-温度传感单元之间采用串联设计结构，它包括与自取能-温度传感单元尺寸相配合的块状电极及连接相邻自取能-温度传感单元的线状电极；每个自取能-温度传感单元中的P型热电粒子和N型热电粒子进行平均分组，每组P型热电粒子和N型热电粒子区域根据相应的接触尺寸将对应的上基板电极进行分离设置。

上述方案中，所述下基板在保留线状电极对应区域的基础上，镂空设置相邻自取能-温度传感单元之间的连接部分。

上述方案中，每个自取能-温度传感单元最终引出一个单独的正极端点(根据下基板串联电极及最小电阻通路，分别引出对应自取能-温度传感单元的正极端点)；多个自取能-温度传感单元可共用一个负极端点；每个单元引出电极端点实现各单元的参数采集，从而分别感知各个单元的温度变化。

上述方案中，所述自取能-温度传感单元的设置数量为2个以上。

上述方案中，所述热电粒子的上、下表面分别设置过渡层金属。

上述方案中，所述下基板电极中的块状电极按照P型热电粒子与N型热电粒子π串联的方式进行设计。