本发明属于柔性电子器件，具体涉及一种具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器。
背景技术：
1、基于负温度系数热敏材料的温度传感器具有响应/恢复时间短、灵敏度高等优势，已被广泛运用于智能家居、工业互联网、新能源等领域，其主要工作原理依赖于半导体特殊的温度敏感性：当环境温度变化时，半导体材料的载流子数目增加，导致电阻降低。若能基于负温度系数热敏材料制备智能口罩，便能凭借其高灵敏度的特点捕捉呼吸过程中产生的微弱温度变化，从而实现健康检测的目的。
2、然而，口罩对于透气性和抗菌性有极高的要求。为了保证透气性，目前的商业口罩通常由纺粘布-熔喷布-纺粘布三层堆叠的结构组成，其中每一层材料都具有极高的孔隙率。而为了保证抗菌性，口罩在生产时通常会经过驻极体处理，使其表面长期带有电荷，起到杀菌的作用。如果直接将负温度系数热敏电阻集成到商业口罩上，必然会影响其透气性。而如果为了保持透气性去除纺粘布和熔喷布中的任意一层，又会影响其抗菌性。
3、因此，如何在实现口罩温度传感性能的同时，不影响其透气性和抗菌性，目前为止依然是一项挑战。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器；在不牺牲口罩透气性和抗菌性的同时，通过负温度系数热敏材料对用户呼吸产生的温度变化进行实时监测，从而帮助了解用户的生理信息。
2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
3、一种具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，包括：温度传感器主体、鼻夹、口罩带；所述温度传感器主体由四个部分组成，包括抗菌无纺膜基底、温度敏感单元、电极、封装层；所述鼻夹被固定于所述封装层外侧；所述口罩带设置在封装层两侧。
4、进一步地，所述温度传感器主体中，所述电极为两个，其分别复合于温度敏感单元的两侧；与电极复合后的温度敏感单元固定于抗菌无纺膜基底一侧的表面上；所述封装层位于温度传感器主体的最外侧，并将抗菌无纺膜基底、温度敏感单元和电极完全包覆。
5、更进一步地，所述电极与温度敏感单元之间部分重合；所述电极中靠近抗菌无纺膜基底侧的电极的一侧与所述抗菌无纺膜基底紧密接触；
6、与电极复合后的温度敏感单元固定于抗菌无纺膜基底（11）一侧的表面且设置于其中部。
7、进一步地，所述鼻夹被固定于封装层外侧，用于让口罩和脸部贴合紧密。
8、进一步地，所述口罩带设置在封装层两侧，用于将口罩固定在用户的耳部。
9、进一步地，所述抗菌无纺膜基底孔隙率大于30%且可调，制备所述抗菌无纺膜基底的材料为带卟啉侧链的聚合物；更进一步地，所述带卟啉基团的聚合物中的聚合物结构可以为聚氨酯，聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
10、根据本发明的实施例，所述抗菌无纺膜基底通过静电纺丝加工卟啉接枝的聚甲基丙烯酸甲酯制备，静电纺丝条件如下：纺丝液溶质为卟啉接枝的聚甲基丙烯酸甲酯，纺丝液溶剂为四氢呋喃，纺丝液浓度为30%，纺丝电压为16kv，注射速率为1ml/h，收集距离为20cm。
11、根据本发明的实施例，所述抗菌无纺膜基底的尺寸规格：15cm×8cm的矩形。
12、进一步地，所述温度敏感单元固定于抗菌无纺膜表面，制备所述温度敏感单元的材料为负温度系数金属氧化物掺杂的聚合物；
13、所述负温度系数金属氧化物可为氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化锰、氧化钴、氧化铁中的一种或多种；
14、所述聚合物结构可为聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷中的任意一种。
15、所述负温度系数金属氧化物和聚合物的质量比可以为1:1-4:1，具体如2:1。
16、根据本发明的实施例，所述温度敏感单元的尺寸规格：1cm×1cm的正方形，厚度为50μm；所述温度敏感单元的成分为氧化镍掺杂的聚酰亚胺，氧化镍和聚酰亚胺的质量比为2:1。
17、进一步地，所述电极分别复合于温度敏感单元的两侧，制备所述电极的材料可为纳米银掺杂的聚合物；
18、所述纳米银可以为银纳米颗粒、银纳米片、银纳米线中的一种或多种；
19、所述聚合物可以为聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、环氧树脂中的任意一种；
20、所述纳米银和聚合物的质量比可以为2:1-10:1，具体如3:1。
21、根据本发明的实施例，所述电极尺寸规格：0.5cm×3cm的矩形，其成分为银纳米颗粒掺杂的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物；银纳米颗粒和苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的质量比为3:1。
22、进一步地，所述封装层为半透明无纺膜，位于传感器主体最外侧，并将抗菌无纺膜基底、温度敏感单元和电极完全包覆，制备所述封装层的材料可为聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任意一种。
23、所述封装层对540nm波段的可见光透光率大于10%。
24、根据本发明的实施例，所述封装层通过静电纺丝加工聚氨酯制备，静电纺丝条件如下：纺丝液溶剂为四氢呋喃，纺丝液浓度为25%，纺丝电压为18kv，注射速率为1ml/h，收集距离为20cm，通过控制纺丝时间，可以调节封装层的厚度，从而调节其对540nm波段可监管的透过率。如采用1h的纺丝时间，封装层透光率可达到32%。
25、进一步地，所述鼻夹被固定于封装层外侧，具有延展性，制备所述鼻夹的材料可为铝合金、聚丙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯中的任意一种。
26、进一步地，所述口罩带设置在封装层两侧，制备所述口罩带的材料可为氨纶、涤纶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任意一种。
27、在使用上述口罩式温度传感器进行呼吸监测时，需要先将传感器以口罩的形式佩戴于脸部，将口罩带固定于双耳后方，并按压鼻夹使口罩和脸部紧密贴合。利用引线将两个电极连接于电阻测试装置的正、负电极。在用户呼吸过程中，口罩的温度随着呼出的气体发生改变，从而使等效电路中热敏电阻的阻值发生变化。其阻值和温度的关系可以用以下公式描述：
28、
29、其中，rt为t温度下的电阻值，rn为tn温度下的标称阻值，b为温度系数。温度系数和标称阻值在器件使用前通过标定得到。通过采集电阻rt的数值变化频率、幅度等参数，就可以计算出用户的呼吸温度、呼吸频率等信息。
30、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31、本发明提供具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，通过内置负温度系数金属氧化物半导体，实现高灵敏温度检测，从而用以检测用户佩戴过程中呼吸产生的微弱温度变化。基于卟啉改性的聚合物构筑无纺膜，作为温度敏感单元基底，并代替传统口罩中的熔喷层，可以保证口罩具有优异的抗菌性能。通过调控无纺膜基底的制备条件，可以调控其孔隙率，从而保证口罩的透气性。最终结合以上策略，可以实现兼具透气性、抗菌性和呼吸监测功能的智能口罩。当佩戴口罩的用户呼气时，口罩中的温度略有升高，导致负温度系数金属氧化物半导体的载流子浓度显著提升，从而降低其电阻。当用户的健康情况、运动情况发生变化时，呼吸产生的温度变化幅度、周期随之改变，进而改变电阻信号，从而可以实现运动监测、健康检测等目的。
1.一种具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于，所述口罩式温度传感器包括温度传感器主体（1）、鼻夹（2）、口罩带（3）；所述温度传感器主体包括抗菌无纺膜基底（11）、温度敏感单元（12）、电极（13）、封装层（14）；所述鼻夹（2）被固定于封装层外侧；所述口罩带（3）设置在封装层两侧。
2.根据权利要求1所述具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：所述温度传感器主体中，所述电极（13）为两个，其分别复合于温度敏感单元（12）的两侧；与电极复合后的温度敏感单元固定于抗菌无纺膜基底（11）一侧的表面上；所述封装层位于温度传感器主体的最外侧，并将抗菌无纺膜基底（11）、温度敏感单元（12）、电极（13）完全包覆。
3.根据权利要求2所述具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：所述电极（13）与温度敏感单元（12）之间部分重合；所述电极（13）中靠近抗菌无纺膜基底（11）侧的电极的一侧与所述抗菌无纺膜基底（11）紧密接触；
4.根据权利要求1-3中任一项所述的具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：所述抗菌无纺膜基底孔隙率大于30%且孔隙率可调，制备所述抗菌无纺膜基底的材料为带卟啉侧链的聚合物；优选地，所述带卟啉侧链的聚合物中的聚合物结构为聚氨酯，聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：所述温度敏感单元固定于抗菌无纺膜表面，制备所述温度敏感单元的材料为负温度系数金属氧化物掺杂的聚合物；
6.根据权利要求5所述的具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：所述负温度系数金属氧化物为氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化锰、氧化钴、氧化铁中的一种或多种；
7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：制备所述电极的材料为纳米银掺杂的聚合物。
8.根据权利要求7所述的具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：所述纳米银为银纳米颗粒、银纳米片、银纳米线中的一种或多种；
9.根据权利要求1-8中任一项所述的具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：所述封装层为半透明无纺膜，制备所述封装层的材料为聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的任意一种；
10.根据权利要求1-9中任一项所述的具有广谱抗菌和呼吸监测能力的口罩式温度传感器，其特征在于：制备所述鼻夹的材料为铝合金、聚丙烯，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯中的任意一种；
