[發明專利]一種高分子聚合物基電阻型濕度傳感器及其制備和測試方法

有效

• 申請號: 201210434129.4
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102928475A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 熊克;卞侃;吳佳俊;潘瀟;陳宏
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李紀昌

技術領域?????????????????????????

本發明屬新型濕度傳感器，可用于工業生產、生物、醫療、航空航天等領域。

背景技術

濕度傳感器是一類重要的化學傳感器，已在工業生產、過程控制、環境監測、氣象、航空航天等領域有著廣泛的應用，如：精密電子元件制造、航天導彈、火箭的儲存。為了創造更好的對醫療環境，工業實驗環境，航空航天生產環境，對濕度的檢測、控制或調整必不可少。

有機高分子濕敏材料以其材料來源豐富，相對濕度范圍寬，濕滯回差小，響應速度快等優異性能而得到了越來越多的發展，是最具發展前途的一類濕敏材料。早期的高分子濕敏材料多是纖維素類材料，目前常用的有醋酸纖維素類，苯乙烯類，聚胺酰胺類，聚甲基丙烯酸甲脂類以及這些材料的衍生物、與其他單體的共聚物等。這些材料均是含有極性基團，即親水基，可以與水分子相互作用形成氫鍵或以范德華力結合，達到吸濕目的。

CHR-01是一電阻型濕度傳感器，其檢測范圍20%～90%RH，檢測精度±5%RH，工作溫度0℃～+85℃。但不適合更高溫度與強酸性、強堿性等惡劣環境檢測和高精度要求的工業環境監測。

發明內容

本發明提出一種高分子聚合物基電阻型濕度傳感器及其制備方法和測試方法，采用全氟磺酸樹脂（PFSI）作為濕敏材料的電阻型濕度傳感器，具有較好應用前景。

本發明的技術方案為：一種高分子聚合物基電阻型濕度傳感器，包括濕敏材料層、金屬電阻層和引線端子，為圓柱狀結構，中間為濕敏材料層，濕敏材料層的截面為圓形并帶有一個凸起部，所述的濕敏材料層為Nafion溶液固化而成，在濕敏材料層的側面化學鍍Pt膜，除去凸起部的Pt膜，得到金屬電阻層，在金屬電阻層的兩端靠近接頭處的表面采用真空鍍2~3mm²的鈦膜，作為引線端子。

制備所述的高分子聚合物基電阻型濕度傳感器的方法，以Nafion溶液固化制備濕敏材料層，濕敏材料層的上下表面采用聚氨酯保護，側面經過粗化、活化、酸浸后，再靜置于[Pt(NH₃)₄]Cl₂溶液中，按下式反應鍍內層電極：4Pt⁺+NaBH₄+4OH^-?4Pt+2H₂+B(OH)₄^-+Na⁺；然后再按下式鍍外層電極：Pt⁺+2N₂H₄?Pt+2NH₄⁺+4NH₃+N₂-；內外層電極鍍好后，再除去凸起部表面的金屬層Pt得到金屬電阻層，再采用真空蒸發鍍膜法在金屬電阻層靠近接頭處鍍鈦膜制備引線端子。

所述的高分子聚合物基電阻型濕度傳感器的檢測方法，由交流供橋電路進行供電，通過交流放大電路進行測量，通過下式換算得到濕度，???????????????????????????????????????????????，表示濕度，為電橋輸出電壓，為供橋電壓，為傳感器初始電阻，為電阻變化量，為濕度-電阻轉換系數。

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有益效果：

本發明的濕度傳感器采用濕敏材料高分子聚合物全氟磺酸樹脂（PFSI）具有密集、均勻的分子級分布形式，溶脹比滿足近線性關系，工作溫度范圍寬（-50℃～190℃），動態性能優異，可用于惡劣環境。全氟磺酸樹脂（PFSI）對化學試劑具有很強的抵抗性，可用于含有有機氣體、強酸性、強堿性等惡劣環境中，熱穩定工作溫度達190℃，且響應時間小于2s，優于同類濕敏材料。并且本發明的濕敏材料層可設計性強，能根據需求選取不同型式。尺寸可自主設計，結構易于小型化，且制備簡單，動態響應優異，精度高、響應時間短，穩定性高。可實現各類狹小空間及惡劣環境的高精度濕度檢測。

附圖說明

圖1為本發明的結構立體示意圖。

其中1為濕敏材料層，2為金屬電阻層，3為引線端子。

圖2為本發明的結構俯視示意圖。