[發明專利]一種導電高分子復合納米纖維電阻型濕度傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201110349483.2
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102507664A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李揚;楊慕杰;林乾乾
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 韓介梅

技術領域

本發明涉及一種導電高分子復合納米纖維濕度傳感器及其制作方法。

背景技術

化學傳感器的研究和應用是當今社會科技發展的重要領域，它對于現代化工農業生產以及人們生存環境的檢測和調控等起著十分重要的作用。濕度傳感器作為一類重要的化學傳感器，也日益受到關注和重視，目前其發展十分迅速。在諸多的濕度材料中，高分子敏感材料研究非?；钴S，多種高分子濕度傳感器已實現了商品化。但是其也存在著響應靈敏度較低、響應時間較慢，濕滯較大、響應重現性欠佳等不足，阻礙了其研究和廣泛應用。

提高敏感材料的響應特性的有效方法之一是實現敏感材料的納米化。納米結構材料具有較常規本體材料大得多的比表面積，這一方面可以提供更多的反應活性位點，有助于提高響應的靈敏度，同時也可有利于檢測水分子的擴散，從而加快響應和改善可逆性。靜電紡絲是一種方便可行地制備納米及微米級纖維材料的方法，可以用來制備各種單一及復合納米纖維材料。目前很多高分子聚合物，如聚氧乙烯，聚乙烯醇，聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯腈等都已經通過靜電紡絲法成功制備得到納米纖維。此外在聚乙烯基吡咯烷酮等極易紡絲的聚合物加入無機半導體前驅體溶液，經靜電紡絲獲得納米纖維后，再煅燒去除有機高分子，也可制備無機化合物納米纖維。目前靜電紡絲的方法制備電子器件及傳感器已有不少報道，但是靜電紡絲得到的納米纖維通常與基底粘附較差，與電極基底之間接觸電阻非常高，限制了其在傳感器中的發展和應用。已經有報道用熱壓的方法提高靜電紡絲纖維與基底的接觸，也有報道在靜電紡絲納米纖維表面再進行原位聚合，或把納米纖維分散到溶液中再用浸涂或旋涂的方法來來制備傳感器。但這些方法都存在著不少局限或弊端，未能很好地解決納米纖維與基底的接觸問題，建立一種普適通用的方法顯得十分必要。

納米纖維中含有紡錘體是靜電紡絲中很常見的現象，一般靜電紡絲不穩定或溶液濃度太低都會造成納米纖維中存有紡錘體。關于紡錘體的在納米纖維中含量與大小的控制也早已有文獻報道。紡錘體中一般含有許多在靜電紡絲過程中未揮發的溶劑，紡錘體越大，熔劑越多。而這些未干的或呈半濕狀的紡錘體在電場力作用下沉積在接收板上時，體現出比干態的納米纖維優異得多的粘結性能。因此通過在納米纖維中引入紡錘體中的方法有望能很好的解決納米纖維與基底的接觸問題，從而推動靜電紡絲制備納米纖維在化學傳感器中的應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有響應快、靈敏度高、濕滯小、制備簡便等優點的導電高分子復合納米纖維電阻型濕度傳感器及其制作方法。

本發明的導電高分子復合納米纖維電阻型濕度傳感器，具有陶瓷基體，在陶瓷基體表面光刻和蒸發有多對叉指金電極，在叉指金電極上連接有引線，在陶瓷基體和叉指金電極表面沉積有濕敏納米纖維薄膜，濕敏納米纖維薄膜為聚苯乙烯磺酸摻雜的聚苯胺、聚氧化乙烯和聚乙烯醇縮丁醛按質量比10~40:?3~20:?20~50的復合物，聚苯乙烯磺酸摻雜的聚苯胺中苯乙烯磺酸與苯胺摩爾比為1:?1~6:?1。

本發明的導電高分子復合納米纖維電阻型濕度傳感器，其納米纖維是通過靜電紡絲方法制得，纖維直徑為30~800nm，納米纖維中含有尺寸在200~2000?nm的紡錘體。納米纖維薄膜具有很高的比表面積，達到3~10?m²/g，納米纖維與基底的良好接觸是通過在納米纖維中引入紡錘體來實現；

陶瓷基體表面的叉指金電極有5-20對，叉指金電極的叉指寬度為20-200?μm，叉指間隙為20-200?μm。

本發明的導電高分子復合納米纖維電阻型濕度傳感器的制作方法，包括以下步驟：

1)?清洗表面光刻和蒸發有叉指金電極的陶瓷基片，烘干備用；

2)?配制聚苯乙烯磺酸摻雜的聚苯胺、聚氧化乙烯和聚乙烯醇縮丁醛的N,N-二甲基甲酰胺溶液，其中聚苯乙烯磺酸摻雜的聚苯胺的濃度為10~40?mg/mL，聚氧化乙烯濃度為3~20?mg/mL，聚乙烯醇縮丁醛濃度為20~50?mg/mL；聚苯乙烯磺酸摻雜的聚苯胺中苯乙烯磺酸與苯胺摩爾比為1:?1~6:?1；

3）將步驟2）中配制的溶液裝在帶針頭的注射器里，注射針頭和電源的陽極相連，電源的陰極與銅板相連，銅板上置有1)的具有金叉指的陶瓷基片電極上，在注射器針頭和銅板之間施加?3~15?kV電源電壓，針頭和銅板之間的距離?5~15?cm，采用注射泵將注射器中的溶液以0.1~1.0?ml/h的流速擠出，在電場作用下以連續的含有紡錘體的納米纖維的形式沉積在具有金叉指的陶瓷基片電極上，形成聚苯胺復合納米纖維薄膜；?