柔性溫度傳感器的簡(jiǎn)要介紹及發(fā)展趨勢(shì),大學(xué)論文

柔性溫度傳感器的簡(jiǎn)要介紹及發(fā)展趨勢(shì),大學(xué)論文內(nèi)容摘要：通過比照國(guó)內(nèi)外研究狀況,從制作材料及構(gòu)造、傳感器與柔性襯底材料的結(jié)合方式、應(yīng)用現(xiàn)在狀況等方面介紹了柔性溫度傳感器,并對(duì)柔性溫度傳感器今后的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了瞻望。本文關(guān)鍵詞語(yǔ)：柔性基底;傳感器;溫度傳感器;ResearchprogressofflexibletemperaturesensorYANGXuanFUShilongYANGYijunGUANJinnanSchoolofChemicalEngineeringandTechnology,NorthChinaUniversityAbstract：Bycomparingtheresearchstatusathomeandabroad,thecommonlyusedflexibletemperaturesensorsareintroduced,andtheflexibletemperaturesensorsareintroducedfromtheaspectsofmanufacturingmaterialsandstructure,thecombinationmodeofsensorsandflexiblesubstratematerials,andtheapplicationstatus,andthedevelopmenttrendofflexibletemperaturesensorsinthefutureisprospected.引言溫度傳感是機(jī)械量傳感重要方面,生產(chǎn)生活需要柔性溫度傳感器的場(chǎng)合很多,如人體健康監(jiān)測(cè)、工作曲面場(chǎng)合、軟組織情況等,為此,柔性溫度傳感器成為各國(guó)大力發(fā)展的熱門。當(dāng)前,對(duì)此領(lǐng)域的研究文獻(xiàn)較少,本文對(duì)柔性溫度傳感器進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹,并瞻望了其今后的發(fā)展趨勢(shì)。1柔性溫度傳感器當(dāng)前,已經(jīng)出現(xiàn)了較多的柔性溫度傳感器,華而不實(shí),下面幾種十分具有代表性。1.1基于噴墨打印技術(shù)的柔性溫度傳感器華東師范大學(xué)徐驍雯等使用噴墨打印技術(shù),成功地在柔性聚酰亞胺基板上制備了銀溫度傳感器。通過離子交換技術(shù)SMIE對(duì)聚酰亞胺基板進(jìn)行外表改性,并且噴墨打印機(jī)印刷所需的圖案作為掩模,以實(shí)現(xiàn)耐銀性溫度裝置的制備。通過SEM、XRD等測(cè)試方式方法對(duì)制備的銀層進(jìn)行了表征,并對(duì)制備的溫度傳感器的性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表示清楚,采用SMIE技術(shù)制備的銀電阻溫度檢測(cè)器監(jiān)測(cè)溫度為-20℃～200℃。在C的測(cè)試范圍內(nèi),它具有更好的溫度敏感性。這種設(shè)計(jì)的銀電阻溫度檢測(cè)器(RTD)可廣泛用于柔性電子產(chǎn)品的原位溫度檢測(cè)。該銀電阻溫度探測(cè)器(RTD)具有精度高、響應(yīng)時(shí)間短、體積小,制造簡(jiǎn)單且可批量制造,測(cè)溫能力比傳統(tǒng)熱電偶更高層次效的優(yōu)點(diǎn)[1]。1.2基于柔性MEMS皮膚技術(shù)溫度傳感器上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的肖素艷等利用MEMS皮膚技術(shù),成功地在聚酰亞胺柔性基板上開發(fā)了88陣列的鉑薄膜熱敏電阻溫度傳感器。在實(shí)驗(yàn)中,熱硅晶片被用作機(jī)械載體,以便于液體聚酰亞胺柔性基板上組件的旋涂處理。最后,從載體上用濕法腐蝕釋放柔性設(shè)備。試驗(yàn)表示清楚,鉑薄膜熱敏電阻與聚酰亞胺基板上的溫度變化具有良好的線性關(guān)系,其電阻溫度系數(shù)到達(dá)0.0023/℃。與固態(tài)聚酰亞胺薄膜基材相比,旋涂液態(tài)聚酰亞胺解決了制備經(jīng)過中碰到的兩個(gè)主要難題:第一,它消除了聚酰亞胺涂層基材與載體之間界面的氣泡,聚酰亞胺基材的外表能夠保持良好的平整度;第二,由于在制備經(jīng)過中的熱循環(huán),大大降低了柔性基板的熱膨脹。這種靈敏的溫度傳感器陣列能夠輕松地連接到高曲率物體的外表,以檢測(cè)小面積溫度場(chǎng)分布[2]。1.3基于石墨烯的機(jī)器人用柔性溫度傳感器合肥工業(yè)大學(xué)的田敏等設(shè)計(jì)了一種用于機(jī)器人的基于石墨烯的柔性溫度傳感器,測(cè)試其溫度特性,分析其溫度敏感機(jī)制,并將其應(yīng)用于模型抓取物體時(shí)的溫度感測(cè)和接近感測(cè)。石墨烯電導(dǎo)率的提高或下降與聲子的作用密不可分?；贖olstein-Hamiltonian模型,格林公式和Kubo-Grreenwood公式,總結(jié)了單層石墨烯電子聲子耦合模型,并分析了溫度對(duì)電子聲子耦合強(qiáng)度的影響。在柔性基板上制備了石墨烯溫度傳感器(GNP),并研究了其電阻溫度特性。通過結(jié)合電子模型和熱膨脹分析了石墨烯溫度傳感器(GNP)的溫度敏感機(jī)制。通過比擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),GNP的溫度敏感性和線性優(yōu)于其他碳基材料,并且其獨(dú)特的二維構(gòu)造使其易于在層之間構(gòu)成穩(wěn)定的三角形構(gòu)造,進(jìn)而使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)愈加穩(wěn)定。另外,GNP具有高重復(fù)性和溫度響應(yīng)速度?；贕NP良好的溫度敏感性特性,將傳感器陣列布置在操縱器上,以準(zhǔn)確獲取所抓取的熱源溫度信息,并將其應(yīng)用于當(dāng)操縱器捉住物體時(shí)在0mm～20mm距離內(nèi)的接近感悟。當(dāng)操縱器接近熱源時(shí),傳感器陣列能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)距離信息。因而,當(dāng)機(jī)器人抓緊特定的熱源時(shí),這種基于石墨烯的柔性溫度傳感器能夠應(yīng)用于溫度檢測(cè)和接近感悟[3]。1.4基于PVDF/PEO柔性溫度傳感器合肥工業(yè)大學(xué)曾曉將石墨用作導(dǎo)電填料,聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚環(huán)氧乙烷(PEO)作為基體材料,開發(fā)了一種具有正溫度效應(yīng)的熱敏復(fù)合材料。結(jié)合微觀表征和DSC分析,描繪敘述了加熱經(jīng)過中導(dǎo)電材料在復(fù)合材料內(nèi)部的運(yùn)動(dòng),揭示了柔性溫度傳感器的溫度敏感機(jī)理。同時(shí),他設(shè)計(jì)了一個(gè)可穿戴的柔性溫度傳感器以監(jiān)測(cè)人體溫度。對(duì)可穿戴的柔性溫度傳感器進(jìn)行了溫度敏感特性分析,如,可重復(fù)性、穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間和抗干擾特性。結(jié)果表示清楚,在25℃～42℃的感測(cè)溫度范圍內(nèi),它具有近2000次的高重復(fù)性和0.1℃的高精度?；谝陨喜牧?設(shè)計(jì)了一種具有良好透氣性的黏性柔性溫度傳感器,該傳感器能夠嚴(yán)密附著在人體皮膚上,進(jìn)而能夠準(zhǔn)確獲取人體不同部位的皮膚溫度。另外,設(shè)計(jì)了一種拉伸率大于50%的可拉伸柔性溫度傳感器。正常人為活動(dòng)引起的伸展運(yùn)動(dòng)不會(huì)影響溫度測(cè)量,它能夠在健康和發(fā)燒的情況下測(cè)量人體的溫度。該柔性溫度傳感器知足人體溫度測(cè)量的要求,在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[4]。1.5基于納米裂紋的超高靈敏度柔性溫度傳感器大連理工大學(xué)遼寧省微納米技術(shù)及系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室初永志等彎曲沉積有金薄膜的柔性材料PDMS,以使納米裂紋出如今金薄膜上。基于該納米裂紋,制造了對(duì)溫度變化極其敏感的溫度傳感器。該傳感器利用在PDMS基板上具有裂紋的金膜的極敏感應(yīng)變以及PDMS的熱膨脹系數(shù)高達(dá)310ppm/℃的優(yōu)勢(shì),使其平均電阻TCR的溫度系數(shù)高達(dá)1.4/K。與使用金屬電阻隨溫度變化的現(xiàn)有傳感器相比,電阻的平均溫度系數(shù)增加了3個(gè)數(shù)量級(jí)[5]。1.6基于氧化石墨烯用于物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人皮膚的柔性溫度傳感器中北大學(xué)儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)量教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉冠宇和譚秋林開發(fā)了一種基于氧化石墨烯的柔性溫度傳感器,用于物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人的皮膚。這項(xiàng)研究演示了3個(gè)溫度傳感器,華而不實(shí)的敏感材料由r-GO,MWCNTS和SWCNTS制成。為了確定最合適制造溫度傳感器的材料,比擬了這3種材料的線性、靈敏度和可重復(fù)性。結(jié)果表示清楚,r-GO溫度傳感器具有最平衡的性能,具有更好的線性度和約0.6345%的高靈敏度,并且在3個(gè)加熱和冷卻循環(huán)后仍保持穩(wěn)定。除此之外,r-GO溫度傳感器具有良好的機(jī)械性能,并且能夠在不同角度彎曲且電阻變化可忽略不計(jì),這意味著它能夠分布在被測(cè)物體的任何外表上。彎曲能力對(duì)于實(shí)際使用溫度傳感器的應(yīng)用也很重要。同樣,r-GO溫度傳感器實(shí)際上不受周圍環(huán)境(如濕度或其他氣體)的影響。其溫度傳感器靈敏、輕便,易于制造且成本低廉。除此之外,不同的外部壓力刺激不會(huì)影響其性能。以上所有因素表示清楚,rGO溫度傳感器適用于機(jī)器人皮膚和電子皮膚,可廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)[6]。但是,溫度傳感器的RES不是很好。僅少量壓力將不會(huì)影響r-GO傳感器的性能。當(dāng)外部壓力過高時(shí),傳感器的電阻會(huì)遭到影響。傳感器的具體制作經(jīng)過見圖1。圖1傳感器的具體制作經(jīng)過2結(jié)束語(yǔ)柔性傳感器可用之處很大,當(dāng)前發(fā)展勢(shì)頭迅猛,希望我們國(guó)家科學(xué)家加大研究力度、國(guó)家加大投入,趕超世界。以下為參考文獻(xiàn)[1]徐驍雯,張健,陶佰睿.基于噴墨打印技術(shù)的柔性溫度傳感器陣列[J].齊齊哈爾大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2021,32(2):22-25.[2]肖素艷,車錄鋒,李昕欣,等.基于柔性MEMS皮膚技術(shù)溫度傳感器陣列的研究[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2005,13(6):103-106.[3]田敏.基于石墨烯的機(jī)器人用柔性溫度傳感器的研究[D].