武汉大学：研究基于多熔点丙烯酸酯共聚物的可编程温敏墨水：用于基于基底的温度传感

科创之家 2026-09-23 共12927人围观

柔性温度传感器在智能包装/物流及温度监测领域极具应用价值，因其具备低成本制备、可图案化加工、可调传感特性及基底适配性等优势。然而，多数相变型温度传感材料仅依赖单一相变温度，这常导致材料在熔融区域附近电阻发生突变，进而造成工作范围狭窄，且对不同应用场景的调控能力有限。本研究提出一种基于多熔点丙烯酸酯共聚物的可编程温敏复合墨水。通过将该墨水丝网印刷至PET与纤维素纸基底上，成功制备出具有基底依赖性传感特性的电阻式柔性温度传感器，并系统揭示了基底结构对温度响应特性的影响。通过调控共聚物组成，可精准调节传感器的传感范围与相对电阻变化幅度。所制传感器具备0°C–50°C的宽传感范围、0.1°C的温度分辨率及优异的循环稳定性。此外，基于纸张的传感阵列可实现包装表面的空间温度分布映射，而基于PET的传感器则可用作可视化LED温度开关，充分证明了该可编程温敏墨水在柔性温度监测、智能包装标签及阈值温度报警系统中的应用潜力。

图 1 基于 PET 与纤维素纸基底的印刷式柔性温度传感器的制备流程示意图、导电网络特性及应用场景

图2 (a) BA、SA、AC-H、AC-M及AC-L的 FTIR 光谱。(b) AC-L、AC-M、AC-H及复合墨水的DSC曲线。(c) 从0°C至50°C条件下获得的复合墨水原位 XRD 图谱。(d) 基于PET的温度传感器的截面SEM图像及Ag、C、Si的EDS元素分布图。(e) 基于纸张的温度传感器的截面SEM图像及Ag、C、Si的EDS元素分布图。(f) 复合墨水的粘度-剪切速率曲线。(g) 复合墨水的触变恢复曲线。(h) 复合墨水在PET与纸张基底上的接触角图像。

图 3 PET 与纸质基底上温度传感机制示意图

图 4(a) 不同炭黑质量分数下 PET 基与纸质温度传感器的初始电阻值；(b) 采用纯 AC-L、AC-M 及 AC-H 作为温敏基质的 PET 基与 (c) 纸质温度传感器的 ΔR/R₀ 随温度变化曲线；(d) 及 (e) 采用 AC-L/AC-M/AC-H 比例为 11、21 及 12 的 PET 基与纸质温度传感器的 ΔR/R₀ 随温度变化曲线；(f) 采用不同 AC 配比的 PET 基与纸质温度传感器的 ΔR/R₀ 随温度变化曲线。

图5：(a)在35 °C–36 °C温度范围内对0.1 °C温度变化的电阻响应；(b)在5 °C温度梯度下、经过30分钟稳定期后的电阻变化；(c)采用AC-LAC-H比例为11的PET基温度传感器在不同湿度条件下的电阻响应；(d–f)采用相同共聚物比例的纸质温度传感器的对应测量结果；(g)PET基温度传感器在50次加热-冷却循环中的响应曲线；(h)纸质温度传感器的相应响应曲线，其中ΔT=15 °C。

图 6 (a) 在 PET 及纸质基底上采用温敏油墨打印的郁金香图案照片。(b) 安装在包装箱上的 5 × 5 温度传感器阵列照片。(c) 安装在纽扣电池封装体上的 3 × 5 温度传感器阵列照片。(d，e) 5 × 5 温度传感器阵列及 (f) 3 × 5 温度传感器阵列的热响应等值线图。(g) 温度开关电路照片，其中传感器（2 × 18 mm）与 LED 串联连接。(h) 温度开关电路照片，其中传感器（4 mm × 25 mm）与 LED 串联连接。(i) 不同温度下可视化温度开关装置的照片。

期刊：Advanced Functional Materials