CN105136325B - 一种自封装温度传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自封装温度传感器，该温度传感器包括柔性基板、下金属电极板、石墨烯层和上金属电极板；柔性基板中设有通孔，石墨烯层位于柔性基板的通孔中；上金属电极板固定连接在柔性基板的上表面，下金属电极板固定连接在柔性基板的下表面，且石墨烯层的顶面与上金属电极板的底面连接，石墨烯层的底面与下金属电极板的顶面连接。该温度传感器灵敏度高，具有柔性，生物兼容性好。

Description

一种自封装温度传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种温度传感器，具体来说，涉及一种自封装温度传感器及其制备方法。

背景技术

目前，人们为了检测温度已经发明了各种各样的温度传感器，尤其是基于材料温度—电阻变化特性的温度传感器。其中，热电阻温度传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的原理进行测温的一种传感器温度计。目前大部分热电阻式温度传感器是以金属制作的，最常用的热电阻有铂热电阻和铜热电阻，但是这些传感器采用非柔性材料制成，只能测量表面平整的物体的温度，生物兼容性不好，且需要额外的传感器封装。

发明内容

技术问题：有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自封装温度传感器及其制备方法，该温度传感器灵敏度高，具有柔性，生物兼容性好。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明实施例采用的技术方案是：

一种自封装温度传感器，该温度传感器包括柔性基板、下金属电极板、石墨烯层和上金属电极板；柔性基板中设有通孔，石墨烯层位于柔性基板的通孔中；上金属电极板固定连接在柔性基板的上表面，下金属电极板固定连接在柔性基板的下表面，且石墨烯层的顶面与上金属电极板的底面连接，石墨烯层的底面与下金属电极板的顶面连接。

作为优选，所述的通孔位于柔性基板的中部。

作为优选，所述的石墨烯层充满柔性基板的通孔，且石墨烯层的上表面与柔性基板的上表面齐平，石墨烯层的下表面与柔性基板的下表面齐平。

作为优选，所述的柔性基板由LCP材料制成。

作为优选，所述的柔性基板通过激光打孔制作成通孔。

作为优选，所述的柔性基板的厚度为50至100微米之间；下金属电极板的厚度为12至20微米之间；上金属电极板通过磁控溅射法形成在柔性基板和石墨烯层的上表面。

一种上述的自封装温度传感器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

第一步：对柔性基板进行激光打孔，形成通孔；

第二步：利用层压法将柔性基板一表面与金属箔粘合，金属箔构成下金属电极板；

第三步：在柔性基板上旋涂氧化石墨烯层，氧化石墨烯层填充满柔性基板的通孔，同时氧化石墨烯层覆盖在柔性基板的另一表面；

第四步：进行高温加热，将氧化石墨烯层还原成石墨烯薄膜层；

第五步：刮去位于柔性基板表面的石墨烯薄膜层，位于柔性基板通孔中的石墨烯薄膜层形成石墨烯层；

第六步：利用磁控溅射法，溅射一层金属在柔性基板表面，形成上金属电极板，上金属电极板与石墨烯层相连接，从而制成传感器。

作为优选，所述的第一步中：通孔位于柔性基板的中部；柔性基板由LCP材料制成。

作为优选，所述的第四步中：所述的加热温度低于柔性基板的熔融温度。

有益效果：与现有的温度传感器相比，本发明实施例具有以下有益效果：温度传感器可弯曲变形，可安装在任意形状的物体表面检测温度。在弯曲变形的情况下，温度传感器依然能够正常工作。本实施例的温度传感器成本低廉，可广泛使用在生物医学和可穿戴设备等领域。另外，利用石墨烯制成温度传感器的温度敏感元件，具有一定的柔性，且在制作上可以很方便的将温度敏感元件填充到LCP基板的通孔中，与LCP基板之间具有良好的粘附。将石墨烯层填充在LCP基板的通孔中，而不是放置在LCP基板表面。这使得石墨烯层不仅在通孔中能很好的工作，而且LCP基板也对石墨烯层起到了保护的作用，继而可以使得下金属电极板和上金属电极板可以对石墨烯层进行封装。

附图说明

图1为本发明实施例中温度传感器的剖视图；

图2为本发明实施例中制备方法第一步的结构示意图；

图3为本发明实施例中制备方法第二步的结构示意图；

图4为本发明实施例中制备方法第三步的结构示意图；

图5为本发明实施例中制备方法第四步的结构示意图；

图6为本发明实施例中制备方法第五步的结构示意图；

图7为本发明实施例中制备方法第六步的结构示意图。

图中有：柔性基板1、下金属电极板2、石墨烯层3、上金属电极板4、氧化石墨烯层5、石墨烯薄膜层6。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明实施例的一种自封装温度传感器，其特征在于，该温度传感器包括柔性基板1、下金属电极板2、石墨烯层3和上金属电极板4；柔性基板1中设有通孔，石墨烯层3位于柔性基板1的通孔中；上金属电极板4固定连接在柔性基板1的上表面，下金属电极板2固定连接在柔性基板1的下表面，且石墨烯层3的顶面与上金属电极板4的底面连接，石墨烯层3的底面与下金属电极板2的顶面连接。

上述结构的柔性温度传感器的工作过程是：待测物体表面温度由下金属电极板2传给石墨烯层3，导致石墨烯层3的电阻发生变化，电阻变化由上金属电极板4和下金属电极板2输出，最后达到测出物体表面温度值的目的。根据事先对物体表面温度与温度敏感元件的电阻进行数据拟合标定，获得电阻温度关系，然后根据实际测得的温度敏感元件的电阻变化，得到所需测量点的温度值。

上述结构的温度传感器具有自封装功效。作为温度传感器中温度敏感元件的石墨烯层3，填充在柔性基板1的通孔中，且被下金属电极2和上金属电极4覆盖，所以石墨烯层3被很好的保护起来。除此之外，该温度传感器其他部分不需要额外的封装保护。因此，本实施例的温度传感器具有自带封装功效。同时，该温度传感器包括柔性基板1、下金属电极板2、石墨烯层3和上金属电极板4。这些部件本身都具有一定的柔韧性，从而使得该温度传感器整体具有柔韧性，可随着被测物体表面而弯曲形变，如人体皮肤和一些表面不平整的物体，都可弯曲形变的贴在被测物体表面测量其表面温度。

上述结构的温度传感器中，下金属电极板2和上金属电极板4可以互换使用。本实施例的温度传感器中，下金属电极板2和上金属电极板4起到的作用相同。金属是热的良导体。温度从下金属电极板2和上金属电极板4中任何一个都能将环境温度很好的传递给石墨烯层3。石墨烯层3电阻变化，通过下金属电极板2和上金属电极板4输出，下金属电极板2和上金属电极板4起到的作用完全相同，所以下金属电极板2和上金属电极板4可以互换使用。另外，将石墨烯层3填充在柔性基板1的通孔中，而不是设置在柔性基板1的表面。这使得石墨烯层3在通孔中工作的同时，柔性基板1也对石墨烯层3起到了保护的作用，不需要另外再对石墨烯层3做封装。

作为优选方案，所述的通孔位于柔性基板1的中部。

作为优选方案，所述的石墨烯层3充满柔性基板1的通孔，且石墨烯层3的上表面与柔性基板1的上表面齐平，石墨烯层3的下表面与柔性基板1的下表面齐平。这样设置可使石墨烯层3与下金属电极2和上金属电极4很好的连接在一起。

作为优选方案，所述的柔性基板1由LCP材料制成。液晶高分子聚合物(文中简称LCP)是一种由刚性分子链构成的、在一定物理条件下既有液体的流动性又有晶体的物理性能各向异性(此状态称为液晶态)的高分子物质。LCP具有许多独特的优点，例如损耗小、成本低、使用频率范围大、强度高、重量轻、耐热性和阻燃性强、线膨胀系数小、耐腐蚀性和耐辐射性能好、CP薄膜的成型温度低，具有可弯曲性和可折叠性的优良成型加工性能，可用于各种带弧形和弯曲等复杂形状的制品。柔性基板1上的通孔通过激光打孔制成。

作为优选方案，所述的柔性基板1的厚度为50至100微米之间；下金属电极板2的厚度为12至20微米之间；上金属电极板4通过磁控溅射法形成在柔性基板1和石墨烯层3的上表面。柔性基板1的厚度大于下金属电极板2的厚度和上金属电极板4的厚度。这才使温度传感器具有良好的柔性，否则传感器的柔韧性不佳。

一种上述的自封装温度传感器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

第一步：对柔性基板1进行激光打孔，形成通孔；

第二步：利用层压法将柔性基板1一表面与金属箔粘合，金属箔构成下金属电极板2；

第三步：在柔性基板1上旋涂氧化石墨烯层5，氧化石墨烯层5填充满柔性基板1的通孔，同时氧化石墨烯层5覆盖在柔性基板1的另一表面；

第四步：进行高温加热，将氧化石墨烯层5还原成石墨烯薄膜层6；

第五步：刮去位于柔性基板1表面的石墨烯薄膜层6，位于柔性基板1通孔中的石墨烯薄膜层6形成石墨烯层3；

第六步：利用磁控溅射法，溅射一层金属在柔性基板1表面，形成上金属电极板4，上金属电极板4与石墨烯层3相连接，从而制成传感器。

作为优选，所述的第一步中：通孔位于柔性基板1的中部；柔性基板1由LCP材料制成。所述的第四步中：所述的加热温度低于柔性基板1的熔融温度。

本发明实施例采用有机柔性材料LCP作为温度传感器的中间基板，利用石墨烯层3作为温度敏感元件，当温度从下金属电极板2或上金属电极板4传到石墨烯层3，石墨烯层3的电阻发生相应的变化，继而从下金属电极板2和上金属电极板4将电阻变化输出，达到测出物体表面温度值的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种自封装温度传感器的制备方法，其特征在于，所述温度传感器包括柔性基板(1)、下金属电极板(2)、石墨烯层(3)和上金属电极板(4)；柔性基板(1)中设有通孔，石墨烯层(3)位于柔性基板(1)的通孔中；上金属电极板(4)固定连接在柔性基板(1)的上表面，下金属电极板(2)固定连接在柔性基板(1)的下表面，且石墨烯层(3)的顶面与上金属电极板(4)的底面连接，石墨烯层(3)的底面与下金属电极板(2)的顶面连接；

所述温度传感器制备方法包括以下步骤：

第一步：对柔性基板(1)进行激光打孔，形成通孔；

第二步：利用层压法将柔性基板(1)一表面与金属箔粘合，金属箔构成下金属电极板(2)；

第三步：在柔性基板(1)上旋涂氧化石墨烯层(5)，氧化石墨烯层(5)填充满柔性基板(1)的通孔，同时氧化石墨烯层(5)覆盖在柔性基板(1)的另一表面；

第四步：进行高温加热，将氧化石墨烯层(5)还原成石墨烯薄膜层(6)；

第五步：刮去位于柔性基板(1)表面的石墨烯薄膜层(6)，位于柔性基板(1)通孔中的石墨烯薄膜层(6)形成石墨烯层(3)；

第六步：利用磁控溅射法，溅射一层金属在柔性基板(1)表面，形成上金属电极板(4)，上金属电极板(4)与石墨烯层(3)相连接，从而制成传感器。

2.按照权利要求1所述的自封装温度传感器制备方法，其特征在于，所述的第一步中：通孔位于柔性基板(1)的中部；柔性基板(1)由LCP材料制成。

3.按照权利要求1所述的自封装温度传感器的制备方法，其特征在于，所述的第四步中：所述的加热温度低于柔性基板(1)的熔融温度。