柔性温度传感器在智能包装/物流和温度监测领域具有重要的应用需求，这些场景通常要求传感器具备低成本制备、可图案化、传感行为可调以及良好的基底适应性。然而，大多数基于相变原理的温度传感材料仅依赖单一转变温度，这往往会导致电阻在熔融区域附近发生突变，造成工作温度范围较窄、可调性有限，难以满足多样化的应用场景需求。

  针对这一挑战，武汉大学物理科学与技术学院吴伟教授团队提出了一种基于多熔点丙烯酸酯共聚物的可编程热敏复合油墨。通过丝网印刷将该油墨印制在PET和纤维素纸基底上，制备了具有基底依赖性传感行为的电阻式柔性温度传感器，并揭示了基底结构对温度响应的影响。通过调节共聚物的组成，可有效调控传感器的传感范围和相对电阻变化。所制备的传感器具有0-50 ℃的宽传感范围、0.1 ℃的温度分辨率以及良好的循环稳定性。此外，纸基传感阵列可在包装表面实现空间温度分布成像，而PET基传感器可作为可视LED温度开关，展示了该可编程热敏油墨在柔性温度监测、智能包装标签和阈值温度报警等方面的应用潜力。

  该工作以《Programmable Thermosensitive Ink Based on Multi-Melting-Point Acrylate Copolymers for Substrate-Dependent Temperature Sensing》为题发表于Advanced Functional Materials。论文第一作者为博士研究生公姿懿，通讯作者为吴伟教授。这项工作得到了国家自然科学基金、国家高层次人才特殊支持计划以及湖北省自然科学基金体育创新联合基金重点项目的支持。

图1 温度传感机理示意图

  图1展示了温度传感油墨在PET（上）和纸（下）基底上的传感机理。升温时，共聚物发生多级相变，导电填料形成连续通路。在PET基底上，表面平整致密，油墨主要沉积于表面。当温度升至共聚物熔点，侧链结晶熔融并发生体积膨胀，使导电填料颗粒间距增大，导电网络迅速破坏，因此电阻在相变区附近急剧升高，表现出较强的正温度系数效应。在纸基底上，纤维交织形成的多孔结构使部分油墨渗入纤维间隙。虽然升温时同样发生相变膨胀，但孔隙结构分散了体积变化，导电网络破坏较为缓和，电阻随温度升高呈缓慢连续增加。因此，基底结构显著影响油墨的相变膨胀与导电网络重构过程，导致PET和纸基传感器表现出不同的温度响应特性。

图2 PET和纸基底上的温度传感响应对比

  根据图2可以看出，该工作中的温度传感性能具有明显的多层次可编程特征。通过调节AC-L、AC-M和AC-H三种不同熔点丙烯酸酯共聚物的比例，可以改变温敏油墨的相变分布，进而调控传感器的响应温区和响应值，实现温度响应编程。其次，通过改变器件的基底材料，也可以调整温度传感器的热响应行为。在平整致密的PET基底上，容易发生突变的相对电阻变化，而在多孔粗糙的纸基底上，电阻变化平缓。

图3 纸基和PET基印刷温度传感器的应用场景

  如图3所示，纸基印刷温度传感器可以实现阵列化传感，贴附于包装纸盒表面，可用于实时记录或监测包装不同位置的温度变化，从而为药品、食品、电池等对温度敏感产品的储运安全提供预警信息。PET基印刷温度传感器在其熔点附近可产生高达约四个数量级的相对电阻变化，表现出显著的阈值型响应特征，适用于温度开关电路。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.78137