CN113984235B - 基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶及其制备方法，具有优异的热电转换特性和形状可变性，并且在发生形变时也能够精准测温。柔性可拉伸热电偶包括：n型离子热电水凝胶薄膜，为具有可拉伸性且包含具有负赛贝克系数氧化还原对电解质的弹性水凝胶；p型离子热电水凝胶薄膜，与n型离子热电水凝胶薄膜相平行设置，为具有可拉伸性且包含具有正赛贝克系数氧化还原对电解质的弹性水凝胶；柔性测温电极，连接n型离子热电水凝胶薄膜的一端和p型离子热电水凝胶薄膜的一端，形成测温端；以及柔性参考电极，用于将n型离子热电水凝胶薄膜的另一端和p型离子热电水凝胶薄膜的另一端分别与外接测量元件的负极和正极相连，形成参考端。
Description
技术领域
本发明属于热电偶测温技术领域，具体涉及基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶及其制备方法。
背景技术
随着物联网时代的到来，任何物品与生命都可以通过智能传感器将自身信息输入网络，实现万物互联。温度作为一项衡量生命体征与物品状态的重要信息，需要实时的监测与收集。传统的热电偶作为一种接触式测温器件，其原理是利用导体或者半导体的热电效应将温差信号转换为电信号，从而实现温度信息的监测与记录。但是传统热电偶大多由金属制成，一般不具有柔性和拉伸性，测温时受其形状和结构限制。聚吡咯、聚苯胺等导电高分子材料虽然具有良好的柔性和可拉伸性，并且可以被设计成为电阻式的温度传感器，但是形变也会改变材料自身的电阻，从而影响测温的准确性。
因此，目前仍未出现同时兼具优异测温特性以及良好形变能力的测温器件，开发柔性可拉伸的热电偶技术具有重大的实际应用意义。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶及其制备方法，该热电偶不仅具有优异的热电转换特性，而且拥有柔性和拉伸性，即使发生形变也能够精准测温。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
<热电偶>
本发明提供基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于，包括：n型离子热电水凝胶薄膜，为具有可拉伸性且包含具有负赛贝克系数氧化还原对电解质的弹性水凝胶；p型离子热电水凝胶薄膜，与n型离子热电水凝胶薄膜相平行设置，为具有可拉伸性且包含具有正赛贝克系数氧化还原对电解质的弹性水凝胶；柔性测温电极，连接n型离子热电水凝胶薄膜的一端和p型离子热电水凝胶薄膜的一端，形成测温端；以及柔性参考电极，用于将n型离子热电水凝胶薄膜的另一端和p型离子热电水凝胶薄膜的另一端分别与外接测量元件的负极和正极相连，形成参考端。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还包括：柔性封装基底，表面固定粘贴n型离子热电水凝胶薄膜、p型离子热电水凝胶薄膜、柔性测温电极和柔性参考电极，底面能够与被测物表面相粘贴。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还包括：柔性保护层，与柔性封装基底紧贴形成夹层结构，对n型离子热电水凝胶薄膜、p型离子热电水凝胶薄膜、柔性测温电极和柔性参考电极进行封装保护。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：弹性水凝胶为聚丙烯酰胺水凝胶、聚丙烯酰胺/壳聚糖双网络水凝胶、聚乙烯醇水凝胶等具有优异可拉伸性能的水凝胶。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：其中，p型离子热电水凝胶薄膜与n型离子热电水凝胶薄膜均为长条状。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：n型离子热电水凝胶薄膜和p型离子热电水凝胶薄膜是通过将弹性水凝胶浸泡相应的含有n型氧化还原对离子和p型氧化还原对离子的电解质水溶液而得到。例如，具有负赛贝克系数的氧化还原对可以为K4Fe(CN)6/K3Fe(CN)6，具有正赛贝克系数的氧化还原对可以为FeCl3/FeCl2或者KI/KI3。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：氧化还原对电解质包含氧化态组分、还原态组分以及高溶解度无机盐，通过高溶解度无机盐提高水凝胶内离子浓度来降低水凝胶内阻。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：高溶解度无机盐可以为氯化钠、氯化锂或氯化钾等。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：氧化还原对电解质中氧化态组分与还原态组分摩尔浓度相同。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：氧化态组分与还原态组分浓度为0.2mol/L。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：柔性电极为石墨、碳管柔性复合材料电极或者柔性导电高分子等。
优选地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法还可以具有以下特征：柔性封装基底和柔性保护层为Ecoflex、聚二甲硅氧烷、聚氨酯、天然橡胶等具有优异拉伸性能的弹性体。
<制备方法>
进一步，本发明还提供上述<热电偶>的制备方法。
具体地，本发明提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的制备方法包括：在Ecoflex薄膜上原位合成两条在长度方向上相互平行的长条状弹性水凝胶；将这两条弹性水凝胶分别浸泡或滴涂含有n型氧化还原对离子和p型氧化还原对离子的电解质水溶液，得到n型离子热电水凝胶薄膜和p型离子热电水凝胶薄膜；采用柔性测温电极连接n型离子热电水凝胶薄膜的一端和p型离子热电水凝胶薄膜的一端，形成测温端；采用柔性参考电极将n型离子热电水凝胶薄膜的另一端和p型离子热电水凝胶薄膜的另一端分别与外接测量元件的负极和正极相连，形成参考端。
发明的作用与效果
(1)本发明首次提出基于离子热电水凝胶的可拉伸热电偶设计，该热电偶柔性、可拉伸性好，具有较强的形变能力，并且形变不影响测温的准确度，具有非常高的测温精度；
(2)与传统热电偶相比，本发明的热电偶具有更大的灵活性，能够在一定程度上适应不同的工作环境，满足设备的形变要求，如图1所示本发明的热电偶将热信号转换为电信号所产生电压只与温度相关而与电阻无关(利用氧化还原反应的温度依赖性将热信号转换为电信号)，其塞贝克系数达到mV/K级，比传统热电材料高出三个数量级；
(3)本发明普适性强，为薄膜状，可贴附贴合在大部分物体表面，可与不同形状或者形状会发生变化的各种表面贴合接触，用于精确测温；
(4)本发明结构简单，可按照实际需求设计为任意形状与尺寸，方便集成，不仅可以测量单点温度，还可集成为阵列测量一块区域的温度，配合外接电路可得到温度云图；
(5)本发明制作成本低，原料来源广，价格低廉，有应用于大批量工业生产的潜力。
附图说明
图1为本发明涉及的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的测温原理图；
图2为本发明实施例涉及的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的结构示意图；
图3为本发明实施例涉及的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的P型与N型离子热电水凝胶赛贝克系数测试结果图；
图4为本发明实施例涉及的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶的拉伸性能测试结果图；
图5为本发明实施例涉及的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶在适当强度周期性拉伸下的测温效果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方案进行详细地说明。
<实施例>
如图2所示，本实施例所提供的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶10包括电偶单元20和封装单元30。
电偶单元20包括n型离子热电水凝胶薄膜21、p型离子热电水凝胶薄膜22、柔性测温电极23以及柔性参考电极24。
n型离子热电水凝胶薄膜21为具有可拉伸性、且包含具有负赛贝克系数氧化还原对电解质的弹性水凝胶，本实施例中，n型离子热电水凝胶薄膜21为长条状，长7cm，宽2mm，厚80μm。
p型离子热电水凝胶薄膜22与n型离子热电水凝胶薄膜21相平行设置，为具有可拉伸性、且包含具有正赛贝克系数氧化还原对电解质的弹性水凝胶，本实施例中，p型离子热电水凝胶薄膜22与n型离子热电水凝胶薄膜21形状大小相同，两者间距为2mm。
并且，在本实施例中，n型离子热电水凝胶和p型离子热电水凝胶内部分别含有Fe(CN)6 4-/Fe(CN)6 3-和Fe3+/Fe2+氧化还原对离子。
柔性测温电极23连接n型离子热电水凝胶薄膜21的一端和p型离子热电水凝胶薄膜22的一端形成结点，作为测温端。本实施例中，柔性测温电极23采用石墨导电膏。
柔性参考电极24用于将n型离子热电水凝胶薄膜21的另一端和p型离子热电水凝胶薄膜22的另一端分别与外接测温电表的负极和正极相连，形成参考端。本实施例中，柔性参考电极24也采用石墨导电膏。
封装单元30包括柔性封装基底31和柔性保护层32。柔性封装基底31表面固定粘贴有电偶单元20。柔性保护层32与所述柔性封装基底31紧贴形成夹层结构，使电偶单元20位于夹层内，对电偶单元20进行封装保护。本实施例中，采用Ecoflex弹性薄膜作为柔性封装基底31和柔性保护层32。
本实施例所提供的柔性可拉伸热电偶10的具体制备过程如下：
1)取一块厚度为0.5mm的Ecoflex弹性薄膜，分别用甲醇与去离子水清洗，自然风干，作为柔性封装基底31；
2)称取2g二苯甲酮和18g乙醇配置质量分数为10％的二苯甲酮溶液，将步骤1)清洗后的Ecoflex薄膜放入配好的二苯甲酮溶液，使其充分浸泡2分钟，取出后用甲醇冲洗三次，然后自然风干待用；
3)将1.4216g的单体丙烯酰胺和250mg的壳聚糖溶解于10ml的去离子水中，80℃加热搅拌混合均匀；
4)取128μl的20mg/mlN,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液以及56.06mg的2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮倒入步骤3)的混合溶液中，混合均匀后放入真空釜中抽真空30分钟，得到弹性水凝胶原液；
5)将两个长条状的模具平行放在步骤2)得到的Ecoflex薄膜的表面，然后将步骤4)中的水凝胶原液倒入两个模具中，在氮气环境下紫外光照4h，使水凝胶逐渐成型，并与柔性封装基底31粘连在一起，形成长条状的两块水凝胶薄膜；
6)称取0.7367g亚铁***和0.6585g铁***加入到10ml 4mol/L的氯化钠溶液中，配置成0.2mol/L的Fe(CN)6 4-/Fe(CN)6 3-溶液。称取0.3244g氯化铁和0.2535g氯化亚铁加入到10ml 4mol/L的氯化钠溶液中，配置成0.2mol/L的Fe2+/Fe3+溶液；
7)分别利用步骤6)中配置的Fe(CN)6 4-/Fe(CN)6 3-溶液和Fe2+/Fe3+溶液滴涂与Ecoflex弹性体粘连的两块水凝胶薄膜，将其放置在密闭培养皿中6小时，使离子完全扩散进水凝胶，得到n型离子热电水凝胶薄膜21和p型离子热电水凝胶薄膜22；如图3所示，P型与N型离子热电水凝胶赛贝克系数，总和为2.01mV/K；
8)在步骤7)的基础上，利用石墨导电膏涂抹在Ecoflex弹性体表面使两条水凝胶一端连接形成结点，另外一端也涂抹上导电膏便于外接引线，制备成柔性热电偶层(电偶单元20)；
9)取另外一块Ecoflex弹性体薄膜作为柔性保护层32覆盖在步骤8)中的热电偶层上方，完成封装，制备得到柔性可拉伸热电偶10。
性能测试：
如图4所示，利用万能拉伸试验机测试对柔性可拉伸热电偶10的拉伸性能进行测试，柔性可拉伸热电偶10的最大可拉伸至自身长度4倍多。
如图5所示，在热电偶参考端25℃情况下，保持测温端32℃不变，持续周期性拉伸热电偶，所测电压变化极小，在1mV以内(对应温度变化小于0.5℃)，基本可以忽略，证实了拉伸不影响测温效果。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶及其制备方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。
Claims (9)
1.基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于，包括：
n型离子热电水凝胶薄膜，为具有可拉伸性且包含具有负赛贝克系数氧化还原对电解质的弹性水凝胶；
p型离子热电水凝胶薄膜，与所述n型离子热电水凝胶薄膜相平行设置，为具有可拉伸性且包含具有正赛贝克系数氧化还原对电解质的弹性水凝胶；
柔性测温电极，连接所述n型离子热电水凝胶薄膜的一端和所述p型离子热电水凝胶薄膜的一端，形成测温端；
柔性参考电极，用于将所述n型离子热电水凝胶薄膜的另一端和所述p型离子热电水凝胶薄膜的另一端分别与外接测量元件的负极和正极相连，形成参考端；
以及柔性封装基底，表面固定粘贴所述n型离子热电水凝胶薄膜、所述p型离子热电水凝胶薄膜、所述柔性测温电极和所述柔性参考电极，底面能够与被测物表面相粘贴；
其中，p型离子热电水凝胶薄膜与n型离子热电水凝胶薄膜均为长条状；
柔性测温电极和柔性参考电极均采用石墨导电膏，柔性封装基底和柔性保护层均采用Ecoflex弹性薄膜；
在热电偶参考端25℃情况下，保持测温端32℃不变，持续周期性拉伸热电偶，每个拉伸周期中拉伸率均从0增加到50％、再减小到0，所测电压变化ΔV均在1mV以内，对应温度变化小于0.5℃；
所述n型离子热电水凝胶薄膜和p型离子热电水凝胶薄膜的制备方法如下：将1.4216g的单体丙烯酰胺和250mg的壳聚糖溶解于10ml的去离子水中，80℃加热搅拌混合均匀得到混合溶液；取128μl的20mg/mlN,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶液以及56.06mg的2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮倒入混合溶液中，混合均匀后放入真空釜中抽真空30分钟，得到弹性水凝胶原液；将两个长条状的模具平行放在Ecoflex薄膜的表面，然后将水凝胶原液倒入两个模具中，在氮气环境下紫外光照4h，使水凝胶逐渐成型，并与柔性封装基底粘连在一起，形成长条状的两块水凝胶薄膜；称取0.7367g亚铁***和0.6585g铁***加入到10ml4mol/L的氯化钠溶液中，配置成0.2mol/L的Fe(CN)6 4-/Fe(CN)6 3-溶液；称取0.3244g氯化铁和0.2535g氯化亚铁加入到10ml 4mol/L的氯化钠溶液中，配置成0.2mol/L的Fe2+/Fe3+溶液；分别将Fe(CN)6 4-/Fe(CN)6 3-溶液和Fe2+/Fe3+溶液滴涂在与Ecoflex弹性体粘连的两块水凝胶薄膜表面，将其放置在密闭培养皿中6小时，使离子完全扩散进水凝胶，得到n型离子热电水凝胶薄膜和p型离子热电水凝胶薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于，还包括：
柔性保护层，与所述柔性封装基底紧贴形成夹层结构，对所述n型离子热电水凝胶薄膜、所述p型离子热电水凝胶薄膜、所述柔性测温电极和所述柔性参考电极进行封装保护。
3.根据权利要求1所述的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于：
其中，所述弹性水凝胶为聚丙烯酰胺水凝胶、聚丙烯酰胺/壳聚糖双网络水凝胶、聚乙烯醇水凝胶中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于：
其中，所述n型离子热电水凝胶薄膜和所述p型离子热电水凝胶薄膜是通过将弹性水凝胶浸泡相应的含有n型氧化还原对离子和p型氧化还原对离子的电解质水溶液而得到。
5.根据权利要求1所述的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于：
其中，所述氧化还原对电解质包含氧化态组分、还原态组分以及高溶解度无机盐，通过高溶解度无机盐提高水凝胶内离子浓度来降低水凝胶内阻。
6.根据权利要求5所述的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于：
其中，所述高溶解度无机盐为氯化钠、氯化锂或氯化钾。
7.根据权利要求1所述的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于：
其中，所述氧化还原对电解质中氧化态组分与还原态组分摩尔浓度相同。
8.根据权利要求7所述的基于离子热电水凝胶的柔性可拉伸热电偶，其特征在于：
其中，所述氧化态组分与所述还原态组分浓度均为0.2mol/L。
9.权利要求1至8中任意一项所述的柔性可拉伸热电偶的制备方法。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101880162A (zh) * | 2010-04-08 | 2010-11-10 | 山东大学 | 一种稀土钙钛矿型直接接触式测温薄膜及其元件 |
| CN103205006A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-07-17 | 天津工业大学 | 一种表面图案化高强度高韧性杂化凝胶膜及其制备方法 |
| CN105300544A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-02-03 | 西安交通大学 | 一种氧化物薄膜型热电偶及其制备方法 |
| CN108603795A (zh) * | 2016-01-15 | 2018-09-28 | 泰坦公司 | 基于凝胶的温度指示器 |
| CN109781287A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-21 | 西安交通大学 | 一种具有高空间分辨率的柔性薄膜热电偶温度传感器 |
| CN110776707A (zh) * | 2018-07-31 | 2020-02-11 | 天津大学 | 一种粘性水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN110954230A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-03 | 东华大学 | 一种柔性热电偶温度传感器及其制备方法 |
| CN112229533A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-15 | 西安交通大学 | 一种用于温度检测的抗变形柔性温度传感器及其制备方法 |
| CN112729580A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-30 | 西安交通大学 | 一种柔性温度传感器及其制备方法 |
| CN113108935A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-13 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种柔性温度传感器、制备方法及其应用 |
-
2021
- 2021-11-10 CN CN202111324052.0A patent/CN113984235B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101880162A (zh) * | 2010-04-08 | 2010-11-10 | 山东大学 | 一种稀土钙钛矿型直接接触式测温薄膜及其元件 |
| CN103205006A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-07-17 | 天津工业大学 | 一种表面图案化高强度高韧性杂化凝胶膜及其制备方法 |
| CN105300544A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-02-03 | 西安交通大学 | 一种氧化物薄膜型热电偶及其制备方法 |
| CN108603795A (zh) * | 2016-01-15 | 2018-09-28 | 泰坦公司 | 基于凝胶的温度指示器 |
| CN110776707A (zh) * | 2018-07-31 | 2020-02-11 | 天津大学 | 一种粘性水凝胶及其制备方法和应用 |
| CN109781287A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-05-21 | 西安交通大学 | 一种具有高空间分辨率的柔性薄膜热电偶温度传感器 |
| CN110954230A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-04-03 | 东华大学 | 一种柔性热电偶温度传感器及其制备方法 |
| CN112229533A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-15 | 西安交通大学 | 一种用于温度检测的抗变形柔性温度传感器及其制备方法 |
| CN112729580A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-30 | 西安交通大学 | 一种柔性温度传感器及其制备方法 |
| CN113108935A (zh) * | 2021-05-08 | 2021-07-13 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种柔性温度传感器、制备方法及其应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ultra-stretchable hydrogel thermocouples for intelligent wearables;Yifan Zhao, Xifan Fu, Binghan Liu;SCIENCE CHINA Materials;20230117;第66卷(第5期);全文 * |
| Wearable Thermocells Based on Gel Electrolytes for the Utilization of Body Heat;Peihua Yang,Jun Zhou,Kang Liu,et al;Angewandte Chemie International Edition;第55卷(第39期);正文第1-4页，附图1 * |
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| Publication number | Publication date |
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