本發(fā)明涉及二維材料的制備和柔性溫度傳感領(lǐng)域，具體涉及一種溶劑熱低溫成相的負(fù)溫度系數(shù)(ntc)柔性熱敏薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

1、面對(duì)不斷增長(zhǎng)的特殊環(huán)境和特殊信號(hào)，柔性傳感器已成為柔性電子領(lǐng)域的重要支柱單元，而柔性溫度傳感器被認(rèn)為是不可或缺的環(huán)節(jié)。其作為傳感材料的重要組成基元在穿戴式醫(yī)學(xué)信號(hào)監(jiān)測(cè)等方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)有柔性熱敏薄膜多為基于聚合物襯底制備所得的導(dǎo)電聚合物(pedot：pss)基、碳基、金屬基復(fù)合熱敏薄膜，盡管該類(lèi)材料具有優(yōu)異的延展性，然而其靈敏度尚有較大的提升空間。為實(shí)現(xiàn)體溫實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，獲得精準(zhǔn)的臨床相關(guān)信息與健康相關(guān)的信號(hào)，科研人員通過(guò)優(yōu)化制備工藝和設(shè)計(jì)復(fù)合材料等方式不斷提升對(duì)應(yīng)薄膜器件的溫度響應(yīng)靈敏度。但因選用聚合物襯底耐受溫度過(guò)低(不超過(guò)350℃)而存在的熱敏薄膜選材受限問(wèn)題減少了柔性器件靈敏度的提升途徑。為進(jìn)一步提升柔性熱敏薄膜器件的靈敏度，開(kāi)展新型柔性熱敏薄膜的研究工作成為研究熱點(diǎn)。

2、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種溶劑熱低溫成相的負(fù)溫度系數(shù)柔性熱敏薄膜的制備方法。該方法利用溶劑蒸汽使得陶瓷在低溫低壓下結(jié)晶成核生長(zhǎng)，使陶瓷薄膜與聚合物襯底有機(jī)的結(jié)合在一起，不僅避免了高溫條件聚合物襯底難以耐受的問(wèn)題，同時(shí)極大的提升了測(cè)溫的靈敏度和可靠性。

3、本發(fā)明的目的在于，提供一種溶劑熱低溫成相的負(fù)溫度系數(shù)柔性熱敏薄膜的制備方法，該方法在襯底上生長(zhǎng)了絕緣緩沖層，負(fù)溫度系數(shù)熱敏薄膜及電極，負(fù)溫度系數(shù)熱敏薄膜在常溫條件下利用溶劑熱的方式基于過(guò)渡金屬薄膜實(shí)現(xiàn)制備。通過(guò)調(diào)控薄膜的種類(lèi)，生長(zhǎng)制備條件以及溶劑熱的溶劑及溫度，實(shí)現(xiàn)薄膜的負(fù)溫度系數(shù)特性及靈敏度的調(diào)控。該柔性熱敏薄膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕薄，同時(shí)薄膜的結(jié)晶度優(yōu)異，對(duì)溫度靈敏度高。通過(guò)鍍膜工藝和溶劑熱退火工藝的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了陶瓷薄膜低溫退火成相，促使柔性熱敏薄膜的性能得到了質(zhì)的提升。溶劑熱低溫成相方法被應(yīng)用于傳統(tǒng)負(fù)溫度系數(shù)熱敏薄膜的成相，一方面使得過(guò)渡金屬氧化物材料的成相溫度降低，制備工藝條件易于控制，具備重復(fù)實(shí)驗(yàn)且性能可控等優(yōu)點(diǎn)；另一方面制得的柔性熱敏薄膜質(zhì)量輕薄，靈敏度高。這種方法為傳統(tǒng)負(fù)溫度系數(shù)陶瓷的成相帶來(lái)了新的創(chuàng)新視角，并為柔性熱敏薄膜的設(shè)計(jì)提供了思路。本發(fā)明有效解決了聚合物基陶瓷薄膜的高溫退火及成相問(wèn)題，使薄膜測(cè)溫精度提高，可廣泛運(yùn)用于各種復(fù)雜條件實(shí)現(xiàn)精確測(cè)溫。

4、本發(fā)明所述的一種溶劑熱低溫成相的負(fù)溫度系數(shù)柔性熱敏薄膜，按下列步驟進(jìn)行：

5、a、襯底清洗：依次分別采用丙酮、無(wú)水乙醇、去離子水、無(wú)水乙醇對(duì)襯底進(jìn)行超聲清洗，清洗時(shí)間為各10-30min，清洗后用高純干燥氮?dú)鈱?duì)襯底表面進(jìn)行吹干處理，其中襯底為聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、合金或氟金云母，襯底尺寸為1-6英寸；

6、b、緩沖層制備：選用al2o3、aln、sio2或si3n4作為絕緣緩沖層材料，將步驟a得到的襯底采用射頻磁控濺射進(jìn)行絕緣緩沖層的生長(zhǎng)，射頻濺射條件為：生長(zhǎng)氣壓為10-1-10pa、氧氣及氬氣含量分別為0％-100％、生長(zhǎng)功率為10-80w、生長(zhǎng)溫度為50-500℃、生長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)為60-600min，即得到絕緣緩沖層的襯底材料；

7、c、過(guò)渡金屬薄膜制備：選用mnconi系或lamn系作為過(guò)渡金屬層材料，將步驟b所制備的具有絕緣緩沖層的襯底材料置于磁控濺射設(shè)備中進(jìn)行過(guò)渡金屬薄膜生長(zhǎng)，濺射條件為：生長(zhǎng)氣壓為10-1-10pa、氧氣及氬氣含量分別為0％-100％、生長(zhǎng)功率為10-80w、生長(zhǎng)溫度為50-500℃、生長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)為20-120min，即得到過(guò)渡金屬薄膜材料；

8、d、負(fù)溫度系數(shù)熱敏薄膜制備：將步驟c制備的過(guò)渡金屬薄膜置于水熱釜中進(jìn)行溶劑熱退火處理，退火溫度為80-200℃，保溫時(shí)間為30-360min，溶劑為乙醇，去離子水，碳酸鈉中任意兩種的混合溶液合計(jì)50ml，退火后即得到負(fù)溫度系數(shù)熱敏薄膜；

9、e、電極制備：將步驟d得到的負(fù)溫度系數(shù)熱敏薄膜表面覆蓋電極掩膜版，重新置于直流濺射設(shè)備的托盤(pán)內(nèi)按常規(guī)方法制備cr/au或ni/au電極，生長(zhǎng)功率為10-50w、生長(zhǎng)氣壓為10-1-10pa，兩種材料的生長(zhǎng)時(shí)間分別為3-15min，待生長(zhǎng)結(jié)束后，即得到溶劑熱低溫成相的負(fù)溫度系數(shù)柔性熱敏薄膜。

10、本發(fā)明所述的一種溶劑熱低溫成相的負(fù)溫度系數(shù)柔性熱敏薄膜的制備方法，該方法與聚合物基柔性熱敏薄膜相比，其特點(diǎn)為：

11、本發(fā)明使用溶劑熱的方法低溫低壓制備了過(guò)渡金屬氧化物功能薄膜，對(duì)比于聚合物功能材料擁有更高的靈敏度，穩(wěn)定性及測(cè)溫精度。

12、本發(fā)明采用磁控濺射的方法進(jìn)行功能層材料制備，可以根據(jù)工藝參數(shù)的簡(jiǎn)單改變以實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化，薄膜均勻性更好，測(cè)溫精度更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

技術(shù)特征：

1.一種溶劑熱低溫成相的負(fù)溫度系數(shù)柔性熱敏薄膜，其特征在于，按下列步驟進(jìn)行：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種溶劑熱低溫成相的負(fù)溫度系數(shù)柔性熱敏薄膜的制備方法。該方法在襯底上生長(zhǎng)了絕緣緩沖層，負(fù)溫度系數(shù)熱敏薄膜及電極，負(fù)溫度系數(shù)熱敏薄膜在常溫條件下利用溶劑熱的方式基于過(guò)渡金屬薄膜實(shí)現(xiàn)。通過(guò)調(diào)控薄膜的種類(lèi)，生長(zhǎng)制備條件以及溶劑熱的溶劑及溫度，實(shí)現(xiàn)薄膜的負(fù)溫度系數(shù)特性及靈敏度的調(diào)控。該柔性熱敏薄膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，質(zhì)量輕薄，同時(shí)薄膜的結(jié)晶度優(yōu)異，對(duì)溫度靈敏度高。通過(guò)鍍膜工藝和溶劑熱退火工藝的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了陶瓷薄膜低溫退火成相，促使柔性熱敏薄膜的性能得到質(zhì)的提升。本發(fā)明有效解決了聚合物基陶瓷薄膜的高溫退火及成相問(wèn)題，使薄膜測(cè)溫精度提高，可廣泛運(yùn)用于各種復(fù)雜條件精確測(cè)溫。

技術(shù)研發(fā)人員：孔雯雯,宋育賢,高博,楊博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2