激光直写装置及利用其制备低温传感柔性热敏电阻的方法

本发明涉及激光直写装置及利用其制备低温传感柔性热敏电阻的方法，属于传感器。

背景技术：

1、目前温度作为工业生产、结构监测、环境检测等领域的重点关注物理量，准确可靠的温度感知是获取外界信息的重要手段，对于众多领域具有重要的意义。激光直写技术是利用激光与物质之间的相互作用，形成微结构的一种工艺。激光直写技术凭借其加工速度快、精度高、无接触以及无掩膜等特点在微纳制造领域具有广泛的应用，并可实现高性能柔性器件的一体化制备和组装。

2、现有专利cn 115108827b、专利cn104016675b等采用陶瓷氧化物烧结制备，形变能力较差，这难以满足柔性电子电路的应用需求；现有专利cn114041194a公开了多层层叠状薄膜热敏电阻，但柔性差。

3、现有专利cn 114152359 a，cn 112442204 b及cn 112964380 a，难以满足低温段的传感需求，并且难以实现长时间的稳定传感。

4、因此，亟需一种具有柔性且在低温环境下保持稳定传感的热敏电阻的制备方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种激光直写装置，通过激光直写加工传感器，精度高，能够利用激光直写制备柔性热敏电阻。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种激光直写装置，包括：

3、密封箱，所述密封箱的侧壁开设有抽真空口；

4、真空泵，所述真空泵通过真空管与所述抽真空口连通；

5、水平移动机构，所述水平移动机构包括底座、驱动部和移动平台，所述底座固定在所述密封箱的内底部，所述移动平台滑动连接在所述底座上，所述驱动部用于驱动所述移动平台在所述底座上滑动；

6、加热部，所述加热部安装在所述移动平台的底部；

7、支撑架，所述支撑架固定在所述密封箱的内壁上；

8、激光发射器，所述激光发射器安装在所述支撑架上且其发射端可与所述移动平台对应；

9、第一输送管和第二输送管，所述第一输送管和所述第二输送管对应密封穿过所述密封箱侧壁固定在所述支撑架上且其输出口可与所述移动平台对应；

10、第一储液仓和第二储液仓，所述第一储液仓和所述第二出液仓均固定在所述密封箱的外壁且与所述第一输送管和所述第二输送管连通；

11、摄像头，所述摄像头安装在所述支撑架上；

12、控制器，所述控制器分别与所述真空泵、所述激光发射器、所述驱动部、所述加热部和所述摄像头电连接。

13、本发明所要解决的技术问题是提供一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，能够制备柔性且在低温下传感稳定的柔性热敏电阻。

14、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，包括：

15、s1,将还原剂溶于去离子水后再和铜盐溶液混合形成前驱体溶液，将所述前驱体溶液置入所述第一储液仓内；

16、s2，对柔性衬底进行亲水性处理，并将其固定在所述移动平台上，将适量的所述前驱体溶液滴在所述柔性衬底上并涂抹均匀；

17、s3，所述加热部对所述移动平台进行加热且达到预定温度后保持预定时间，待所述前驱体溶液初步成膜后，对所述密封箱内部进行抽真空，并保持预定的真空度，使其形成柔性薄膜；

18、s4，将直写激光工艺参数输入所述控制器，控制所述移动平台的移动路径，所述激光发射器发射激光对所述柔性薄膜进行照射，照射的区域形成铜氧化物薄膜；

19、s5，将清洗液添加至所述第二储液仓内，待激光直写完成后，关闭加热部和所述真空泵，所述清洗液经过所述第二输送管输送至所述柔性衬底上，去除多余的所述柔性薄膜，待所述移动平台的温度恢复至室温及所述密封箱内气压恢复为大气压，取出所述铜氧化物薄膜。

20、本发明的有益效果是：采用激光作为诱导光源，基于激光的光热效应，诱导还原剂和铜离子发生氧化还原反应，同时烧结形成铜基微结构，形成的铜基微结构主要成分为铜氧化物，低温下热电性能良好，能够作为热敏电阻；

21、利用激光直写装置，可实现前驱体溶液涂抹、成形和清洗等工艺自动化，同时利用激光的选区作用能力，配合移动平台，实现图案化的热敏电阻一步成形；

22、利用柔性衬底，所制备的热敏电阻具备柔性，所制备热敏电阻应用时可良好贴合待测温物件表面，并且具备优异的机械稳定性，可实现准确的温度感知；

23、所制备热敏电阻具备良好的温敏稳定性，感温范围可达-40～20℃，可用于低温传感领域，并且可保持较高的感温灵敏度。

24、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

25、进一步，所述还原剂为聚乙烯吡咯烷酮，铜盐溶液为硝酸铜溶液，所述聚乙烯吡咯烷酮和所述硝酸铜溶液的体积比为1:5～2:5。

26、进一步，所述聚乙烯吡咯烷酮的浓度为2.5g/m l，所述硝酸铜溶液的物质的量浓度为5mo l/l。

27、进一步，s2中所述前驱体溶液的使用量为0.1～0.4μl/mm2。

28、进一步，s3中所述加热部的加热预定温度为45～55℃，预定时间为20～30分钟，所述密封箱内的真空度为10-1pa。

29、进一步，所述激光发射器发射激光为连续激光，激光的波长为800～810nm，激光的光斑的直径为200～500μm，激光的功率为1～2w，所述移动平台的移动速度为8～12mm/s。

30、进一步，激光照射在所述柔性薄膜上，所述移动平台沿所述柔性薄膜的宽度方向往返移动16mm后，再沿长度方向移动0.2mm，直至形成16×3mm2的所述铜氧化物薄膜。

31、进一步，s5中的所述清洗液采用去离子水和无水乙醇，除去所述柔性衬底上残留的所述柔性薄膜，并烘干。

32、进一步，还包括玻璃基板，所述柔性衬底为聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺膜粘贴在所述玻璃基板上，所述玻璃基板固定在所述移动平台上。

33、进一步，从所述移动平台上取出制备完成的所述铜氧化物薄膜，并在所述铜氧化物薄膜两侧涂上导电银胶，然后将所述铜氧化物薄膜连同所述柔性衬底和所述玻璃基板放入烘箱中，烘箱温度设置为95～105℃，烘烤时间设置为18～22min，直至所述导电银胶完全烘干。

技术特征：

1.一种激光直写装置，其特征在于，包括：

2.一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，利用权利要求1所述的一种激光直写装置，包括:

3.根据权利要求2所述的一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，所述还原剂为聚乙烯吡咯烷酮，铜盐溶液为硝酸铜溶液，所述聚乙烯吡咯烷酮和所述硝酸铜溶液的体积比为1:5～2:5；

4.根据权利要求2所述的一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，s2中所述前驱体溶液(10)的使用量为0.1～0.4μl/mm2。

5.根据权利要求2所述的一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，s3中所述加热部的加热预定温度为45～55℃，预定时间为20～30分钟，所述密封箱(1)内的真空度为10-1pa。

6.根据权利要求2所述的一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，所述激光发射器(4)发射激光为连续激光，激光的波长为800～810nm，激光的光斑的直径为200～500μm，激光的功率为1～2w，所述移动平台(2)的移动速度为8～12mm/s。

7.根据权利要求6所述的一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，激光照射在所述柔性薄膜上，所述移动平台(2)沿所述柔性薄膜的宽度方向往返移动16mm后，再沿长度方向移动0.2mm，直至形成16×3mm2的所述铜氧化物薄膜(12)。

8.根据权利要求7所述的一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，s5中的所述清洗液采用去离子水和无水乙醇，除去所述柔性衬底上残留的所述柔性薄膜，并烘干。

9.根据权利要求2所述的一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，还包括玻璃基板，所述柔性衬底为聚酰亚胺膜，所述聚酰亚胺膜粘贴在所述玻璃基板上，所述玻璃基板固定在所述移动平台(2)上。

10.根据权利要求9所述的一种低温传感柔性热敏电阻的制备方法，其特征在于，从所述移动平台(2)上取出制备完成的所述铜氧化物薄膜(12)，并在所述铜氧化物薄膜(12)两侧涂上导电银胶(13)，然后将所述铜氧化物薄膜(12)连同所述柔性衬底和所述玻璃基板放入烘箱中，烘箱温度设置为95～105℃，烘烤时间设置为18～22min，直至所述导电银胶(13)完全烘干。

技术总结本发明涉及激光直写装置及利用其制备低温传感柔性热敏电阻的方法，包括S1,将还原剂溶于去离子水后再和铜盐溶液混合形成前驱体溶液；S2，对柔性衬底进行亲水性处理，并将其固定在移动平台上，将适量的前驱体溶液滴在柔性衬底上并涂抹均匀；S3，加热部对移动平台进行加热，对密封箱内部进行抽真空，使其形成柔性薄膜；S4，将直写激光工艺参数输入控制器；S5，清洗液输送至柔性衬底上，去除多余的柔性薄膜，待移动平台的温度恢复至室温及密封箱内气压恢复为大气压，取出铜氧化物薄膜。本发明提供的激光直写装置及利用其制备低温传感柔性热敏电阻的方法，属于传感器技术领域，能够制备柔性且在低温下传感稳定的柔性热敏电阻。技术研发人员：张宏强,彭子龙,郭伟受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11