一种可实现多点测量的柔性温度传感器及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种传感器及其制备方法，具体来说，涉及一种可实现多点测量的柔性温度传感器及其制备方法。
【背景技术】
[0002]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一一电阻变化特性的温度传感器。按照传感器材料及电子元件特性可分为热电阻式和热电偶式两类。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，而且大都是非柔性且生物兼容性不好。
[0003]单只温度传感器一次只能检测某一个点的温度，在需要同时检测一个面上各点的温度时，只能用若干这种分离的单只传感器来实现检测，给应用带来了不便。
【发明内容】
[0004]技术问题:有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可实现多点测量的柔性温度传感器及其制备方法，该温度传感器一次可测多点温度，且结构简单、灵敏度高、柔性和生物兼容性好，实用价值极高。
[0005]技术方案:为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种可实现多点测量的柔性温度传感器，该温度传感器包括柔性基板、下金属电极、石墨烯阵列层和η个上金属电极；柔性基板中设有呈阵列式结构的η个通孔，石墨烯阵列层中含有η个石墨烯柱体，η为整数，且n ^ 2 ;下金属电极固定连接在柔性基板的底面，上金属电极固定连接在柔性基板的顶面，且每个上金属电极覆盖柔性基板的一个通孔；石墨烯柱体位于柔性基板的通孔中，石墨烯柱体的顶面与上金属电极的底面连接，石墨烯柱体的底面与下金属电极的顶面连接；石墨烯柱体、上金属电极和柔性基板的通孔分别一一对应。
[0006]作为优选，所述的下金属电极覆盖整个柔性基板的底面。
[0007]作为优选，所述的柔性基板由LCP材料制成。
[0008]作为优选，所述的柔性基板通过激光打孔制作成阵列结构的通孔。
[0009]作为优选，所述的柔性基板中的通孔的直径在150微米到250微米之间，相邻通孔之间的而距离为0.5毫米到I毫米。
[0010]一种上述的可实现多点测量的柔性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，构成阵列式结构的通孔；
第二步:利用层压法将柔性基板与金属箔粘合，金属箔构成下金属电极；
第三步:在柔性基板上旋涂氧化石墨烯层，氧化石墨烯覆盖在柔性基板的上表面，且填充柔性基板的通孔中；
第四步:进行高温加热，将氧化石墨烯层还原成石墨烯层； 第五步:刮去位于柔性基板上表面的石墨烯层，位于柔性基板中的石墨烯层构成石墨烯阵列层；
第六步:在柔性基板上表面涂上光刻胶，光刻胶位于柔性基板通孔外侧；
第七步:利用磁控溅射法，在LCP基板上表面和光刻胶上表面，溅射一层金属，形成金属薄层；
第八步:去除光刻胶以及位于光刻胶上表面的金属薄层，在LCP基板上表面形成上金属电极，制成传感器。
[0011]作为优选，所述的柔性基板由LCP材料制成。
[0012]作为优选，所述的第四步中，加热温度低于柔性基板的熔融温度。
[0013]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，安装在任意形状的物体表面，对物体表面不同位置实现温度分布测量。当温度传感器在外力的作用下弯曲变形的时候，石墨烯阵列层不会随之发生弯曲变形，也就不会使得石墨烯电阻增大，很好地避免了外界因素的干扰，确保了温度传感器工作的可靠性。该温度传感器可以广泛适用于生物医学、可穿戴设备等领域。另外，该温度传感器包括柔性基板、下金属电极、石墨烯阵列层和η个上金属电极，柔性基板中设有呈阵列式结构的η个通孔，石墨烯阵列层中含有η个石墨烯柱体。柔性温度传感器中布设了多个石墨烯柱体和上金属电极，也就相当于布设了多个温度传感器，可实现对待测温度物体表面的不同点进行温度测量。
【附图说明】
[0014]图1为本发明实施例中的传感器的剖视图；
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8为本发明实施例中制备方法第七步的结构示意图；
图9为本发明实施例中制备方法第八步的结构示意图。
[0015]图中有:柔性基板1、下金属电极2、石墨稀阵列层3、上金属电极4、氧化石墨稀层5、光刻胶6、金属薄层7、石墨稀层8。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的说明。
[0017]如图1所示，本发明实施例提供一种可实现多点测量的柔性温度传感器，包括柔性基板1、下金属电极2、石墨烯阵列层3和η个上金属电极4。柔性基板I中设有呈阵列式结构的η个通孔，石墨烯阵列层3中含有η个石墨烯柱体，η为整数，且n ^ 2。下金属电极2固定连接在柔性基板I的底面，上金属电极4固定连接在柔性基板I的顶面，且每个上金属电极4覆盖柔性基板I的一个通孔；石墨烯柱体位于柔性基板I的通孔中，石墨烯柱体的顶面与上金属电极4的底面连接，石墨稀柱体的底面与下金属电极2的顶面连接；石墨稀柱体、上金属电极4和柔性基板I的通孔分别一一对应。
[0018]使用上述实施例的柔性温度传感器时，下金属电极2与待测物体接触。该柔性温度传感器的工作过程为:待测物体表面温度由下金属电极2传给石墨烯阵列层3，导致石墨烯阵列层3的电阻发生变化，电阻变化由下金属电极2和上金属电极4输出，最后实现对物体表面温度的测量。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。
[0019]上述实施例的柔性温度传感器中，石墨烯阵列层3中含有多个石墨烯柱体，每个石墨稀柱体及位于其上的上金属电极4，以及下金属电极2，构成一个温度传感器，对待测温度物体表面的一点进行温度测量。柔性温度传感器中布设了多个石墨烯柱体和上金属电极4，也就相当于布设了多个温度传感器，对待测温度物体表面的不同点进行温度测量。
[0020]在许多应用领域都需要对表面温度分布不均匀的物体进行温度分布的测量，例如生物医学领域中在超声切除肿瘤细胞过程中，为了避免皮肤和脂肪层的热损伤，有必要获得皮肤层表面的温度场分布。本实施例的柔性温度传感器，包括柔性基板1、下金属电极2、石墨烯阵列层3和上金属电极4。柔性基板I和下金属电极2具有柔性，能够弯曲成与待测物体同样的曲率，直接贴在待测物体表面，测量物体的温度场分布，实现对于温度场分布不均匀的物体温度测量。利用本实施例的柔性温度传感器，分别测出各石墨烯柱体的电阻值变化，继而通过上金属电极4和下金属电极2输出，实现测量物体表面温度分布的目的。当然对于表面平整的待测物体，采用本实施例的柔性温度传感器，也可以实现不同位置的温度测量。
[0021]上述实施例的柔性温度传感器中，下金属电极2、石墨烯阵列层3中的一个石墨烯柱体和位于该石墨烯柱体正上方的上金属电极4，构成一个温度传感器。每一个温度传感器独立进行工作，各个温度传感器之间在工作时互不影响，所以当其中一只温度传感器损坏后，仍然可以使用其他温度传感器来替代测量。现在的温度传感器大多都是单只的，一旦损坏，温度传感器将不能再使用。而本专利发明的温度传感器阵列很好的解决了这个问题。
[0022]上述实施例的柔性温度传感器中，作为传感器温度敏感电阻的石墨烯阵列层3填充在柔性基板I的通孔中，且被下金属电极2和上金属电极4覆盖。因此，石墨烯阵列层3被很好的保护起来。除此之外，该温度传感器其他部件不需要额外的封装保护。本实施例的温度传感器具有自封装功能。
[0023]上述实施例的柔性温度传感器中，上金属电极4、下金属电极2、柔性基板I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