以织物为基底的柔性温度传感器感温层的制备与静态性能研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:FuSoo
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随着柔性可穿戴式、便携式电子器件的发展,智能可穿戴产品成为了人们生活当中的一部分。近年来,柔性电子器件呈现出爆炸式增长,新颖的柔性温度传感系统成为了智能可穿戴的核心。但到目前为止,大多数柔性温度传感器使用聚合物为基底,难以满足在高曲率物体表面的温度测量。基于此,本文采用TPU涂层涤纶织物作为柔性温度传感器的基底,通过丝网印刷技术将银浆印刷在基底上作为电极,采用磁控溅射技术将Ag纳米粒子沉积到基底上,最后在感温层的上方沉积一层Zn O纳米薄膜作为隔离层来隔绝空气中的水和氧气,延长感温层的使用寿命,增强薄膜的抗氧化能力。通过改变磁控溅射功率、溅射压强以及薄膜的厚度来制备不同的Ag膜柔性温度传感器的感温层。采用自组装的柔性温度传感器测试平台来测试Ag膜感温层的方块电阻在25-42℃的温度范围内的变化。通过计算出Ag膜感温层的TCR、线性度、迟滞性、漂移量和可靠性来评价不同溅射条件下制备出的Ag膜感温层的静态特性。结合对Ag膜的XRD结晶测试和SEM表面形貌测试来进一步分析影响Ag膜感温层静态参数的因素。采用控制变量法探究柔性温度传感器感温层的最佳制备工艺,利用自组装的柔性温度传感器测试平台测试薄膜方块电阻随温度的变化,并计算出薄膜的各项静态参数。实验结果表明,当溅射功率为90W、溅射压强为0.8Pa、薄膜厚度为200nm时,柔性温度传感器Ag膜感温层获得最佳的TCR,为0.00234℃-1,在经160℃热处理后,TCR进一步提高到0.00262℃-1。采用X射线衍射仪、热场发射扫描电子显微镜和能谱仪对Ag膜表面进行结构表征和元素含量分析,发现在溅射条件不变的情况下,经过低温热处理后,Ag膜感温层的结晶度变好,Ag粒子间结合变得更加紧密,对温度的敏感程度提升,导电性能变好,TCR变大。SEM测试结果显示,薄膜的平整度越好、Ag纳米粒子形成的颗粒越大,Ag膜感温层导电性越好,TCR越高。EDS测试结果显示出,感温层在热处理前后的氧和氮的元素含量并没有发生变化,感温层具有一定的抗氧化能力。该传感器感温层为智能可穿戴产品的体温监测系统奠定了基础。
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