本发明具体涉及传感器技术领域，具体涉及一种惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器及其制备方法。
背景技术：
温度传感器在工业、生活中具有极其广泛的用途，例如诊断人体体温、测量电子器件发热情况等等。近年来，柔性温度传感器由于其可穿戴特性以及可实时测量曲面物体表面温度而被人们大量研究。然而，基于柔性薄片的温度传感器在测量人体或者物体表面温度时易受外界环境干扰，导致测量精确度下降。外界环境的过冷过热导致所测得的温度低于或者高于实际物体或者人体表皮温度。
针对以上问题，人们利用带有空气腔的热障层保护柔性温度传感，来屏蔽外界环境的干扰。由于空气具有相对较低的热导率（0.026wm-1k-1），可以在一定程度上抑制温度传感器与外界环境的热传递过程，从而提高测量精确度。但是，实验表明，使用1.5毫米厚的空气腔作为热绝缘层，在冰块影响下，所测得物体表层的温度与实际温度值仍有0.2℃差别。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器,包括聚酰亚胺薄膜基层，所述的聚酰亚胺薄膜基层上设有聚二甲基硅氧烷热绝缘层，所述的聚二甲基硅氧烷热绝缘层上具有凹陷腔体，所述的聚酰亚胺薄膜基层与聚二甲基硅氧烷热绝缘层紧密贴合，所述的凹陷腔体与聚酰亚胺薄膜基层间形成惰性气体腔，所述的惰性气体腔内填充有惰性气体，所述的惰性气体腔内设有温度传感器，所述的聚酰亚胺薄膜基层上印刷制备有银浆作为电极，所述的温度传感器印刷于聚酰亚胺薄膜基层上的电极上，所述的温度传感器上还覆盖有用于保护温度传感器的聚对二甲苯薄膜。
所述的惰性气体为氩气、氪气或氙气中的一种。
所述的凹陷腔体的深度为2mm。
所述的聚酰亚胺薄膜基层的厚度为40μm。
一种惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器的制备方法，包括以下步骤：
（1）以柔性聚酰亚胺薄膜作为称底，利用丝网印刷法在其上印刷制备银浆作为电极，放置于90℃烘箱中烘烤1小时；
（2）将聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸（pedot/pss）与碳纳米管溶液进行3:1混合均匀，利用掩膜板将其印刷于步骤（1）制备的银电极上，在70℃烘箱中烘烤1小时形成稳定的柔性温度传感器；
（3）利用气象沉积法在制备的柔性温度传感器上沉积聚对二甲苯薄膜来保护传感器；
（4）将聚二甲基硅氧烷（pdms）胶体倒入3d打印的模具中，在90℃烘箱中固化2小时，从模具中剥离固化后的聚二甲基硅氧烷（pdms）胶体，获得带有凹陷腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层结构；
（5）将制备的带有凹陷腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层结构与制备的柔性温度传感器在惰性气体环境下紧密结合，，最终获得由惰性气体保护的柔性温度传感器。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器及其制备方法，该柔性温度传感器在超低热导率介质氩气、氪气或者氙气的保护下，可以隔绝外界环境的干扰，即使在外界环境突变的温度较高或较低情况下，所开发的柔性温度传感器仍能精确测量物体表面的温度，由于柔性可弯曲特性，此柔性温度传感器可以共形贴附于皮肤表层作为可穿戴器件来精确测量温度变化，另外，本发明公开的高确度柔性温度传感器，还可以形成大尺寸、高分辨率温度传感器阵列，具有广泛用途。
附图说明
图1为带有凹陷腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层。
图2为惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器设计图。
图3为可弯曲型柔性可穿戴温度传感器。
图4为基于有限元分析的不同热绝缘层内部热传递模式。其中t2和t1分别代表聚酰亚胺薄膜底层（与被测物体表面直接接触）和顶层（温度传感器层）的温度。
图5为有限元计算得出的不同热绝缘层保护下聚酰亚胺薄膜底层（t2）和上层(t1)的温度差。
具体实施方式
为了更好地理解本发明的本质，现结合图1、图2、图3对本发明进行进一步说明，
一种惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器,包括聚酰亚胺薄膜基层，所述的聚酰亚胺薄膜基层上设有聚二甲基硅氧烷热绝缘层，所述的聚二甲基硅氧烷热绝缘层上具有凹陷腔体，所述的聚酰亚胺薄膜基层与聚二甲基硅氧烷热绝缘层紧密贴合，所述的凹陷腔体与聚酰亚胺薄膜基层间形成惰性气体腔，所述的惰性气体腔内填充有惰性气体，所述的惰性气体为氩气、氪气或氙气中的一种。所述的惰性气体腔内设有温度传感器，所述的聚酰亚胺薄膜基层上印刷制备有银浆作为电极，所述的温度传感器印刷于聚酰亚胺薄膜基层上的电极上，所述的温度传感器上还覆盖有用于保护温度传感器的聚对二甲苯薄膜。
所述的凹陷腔体的深度为2mm。
所述的聚酰亚胺薄膜基层的厚度为40μm。
制备方法：
1）本专利使用柔性聚酰亚胺薄膜作为称底，利用丝网印刷法在其上印刷制备银浆作为电极，放置于90℃烘箱中烘烤1小时。
2）将聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（pedot/pss）与碳纳米管溶液进行3:1混合均匀，利用掩膜板将其印刷于步骤1）制备的银电极上，在70℃烘箱中烘烤1小时形成稳定的温度传感器。
3）利用气象沉积法在上述温度传感器上沉积聚对二甲苯薄膜来保护传感器
4）将聚二甲基硅氧烷（pdms）胶体倒入3d打印的模具中，在90℃烘箱中固化2小时，从模具中剥离固化后的聚二甲基硅氧烷（pdms）胶体，从而来获得带有凹陷腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层，如图1所示。
5）将步骤4）中制备的带有凹陷腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层与步骤1,2,3中制备的柔性温度传感器紧密结合，此操作在带有惰性气体的手套箱中完成，最终获得由惰性气体保护的柔性温度传感器，如图2所示。其弯曲特性，确保了其可测量皮肤表层或者曲面物体表面温度变化。
温度传感器工作原理：
根据电子跳跃机制，温度传感器在不同的温度下电阻变化由公示（1）得出：
其中r是温度传感器在某温度下的电阻值，r0是温度传感器的初始电阻，k是玻尔兹曼常数，ea是活化能,t是所要测的温度值。
热绝缘层的保护机理：
当热绝缘层上下产生不同温度差时，热量将根据稳态热传导由高温度区域向低温度区域传播，遵循傅立叶定律，可由公式（2）得出：
其中q是热通量，k是热导率，∆t是温度梯度。
当一个冷源施加于由热绝缘层保护的温度传感器时，对于恒定的热通量，当热绝缘层的有效热导率更低时，将在冷源与温度传感器层间产生更大的温度梯度，从而降低了传感器层与被测物体表面的温度差，致使检测精确性大大提高。如图4所示，相比于不具有氙气腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层，具有氙气腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层更明显抑制了热量的传递。图5表明即使在热绝缘层上部施加温度为0℃的冷源，对于具有氙气腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层，在聚酰亚胺薄膜两侧产生的温度差只有0.1℃，而不具有氙气腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层，这一温差将近达到了将近1.4℃。这表明具有氙气腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层作为柔性温度传感器的热障层，大大提高了检测精确度。
本专利为了进一步提高柔性温度传感器测量精确度，利用更低的热导率介质惰性气体腔来保护温度传感器。由于惰性气体，例如氩气（导热系数为0.0169wm-1k-1）、氪气（导热系数为0.0087wm-1k-1）、氙气（导热系数为0.005wm-1k-1）具有比空气更低的热导率，可以更有效抑制传感器层与外界环境的热传递过程，进而大大提高检测精确度。基于此柔性温度传感器可弯曲特性，可以共形紧密贴附于皮肤表面，作为可穿戴设备来精确测量皮肤表层温度变化，从而达到健康诊断的目的。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
1.一种惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器,其特征在于，包括聚酰亚胺薄膜基层，所述的聚酰亚胺薄膜基层上设有聚二甲基硅氧烷热绝缘层，所述的聚二甲基硅氧烷热绝缘层上具有凹陷腔体，所述的聚酰亚胺薄膜基层与聚二甲基硅氧烷热绝缘层紧密贴合，所述的凹陷腔体与聚酰亚胺薄膜基层间形成惰性气体腔，所述的惰性气体腔内填充有惰性气体，所述的惰性气体腔内设有温度传感器，所述的聚酰亚胺薄膜基层上印刷制备有银浆作为电极，所述的温度传感器印刷于聚酰亚胺薄膜基层上的电极上，所述的温度传感器上还覆盖有用于保护温度传感器的聚对二甲苯薄膜。
2.根据权利要求1所述的惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器，其特征在于，所述的惰性气体为氩气、氪气或氙气中的一种。
3.根据权利要求1所述的惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器，其特征在于，所述的凹陷腔体的深度为2mm。
4.根据权利要求1所述的惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器，其特征在于，所述的聚酰亚胺薄膜基层的厚度为40μm。
5.一种权利要求1所述的惰性气体保护的高精确度柔性温度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）以柔性聚酰亚胺薄膜作为称底，利用丝网印刷法在其上印刷制备银浆作为电极，放置于90℃烘箱中烘烤1小时；
（2）将聚3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸（pedot/pss）与碳纳米管溶液进行3:1混合均匀，利用掩膜板将其印刷于步骤（1）制备的银电极上，在70℃烘箱中烘烤1小时形成稳定的柔性温度传感器；
（3）利用气象沉积法在制备的柔性温度传感器上沉积聚对二甲苯薄膜来保护传感器；
（4）将聚二甲基硅氧烷（pdms）胶体倒入3d打印的模具中，在90℃烘箱中固化2小时，从模具中剥离固化后的聚二甲基硅氧烷（pdms）胶体，获得带有凹陷腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层结构；
（5）将制备的带有凹陷腔体的聚二甲基硅氧烷热绝缘层结构与制备的柔性温度传感器在惰性气体环境下紧密结合，，最终获得由惰性气体保护的柔性温度传感器。
技术总结