[發(fā)明專利]基于石墨烯碳納米管復合材料的電阻式相對濕度傳感器

有效

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• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103323498A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜守振;張超;仇恒偉
• 申請（專利權(quán)）人: 山東師范大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 楊琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電阻式相對濕度傳感器，具體涉及一種基于石墨烯碳納米管復合材料的電阻式相對濕度傳感器。

背景技術(shù)

濕度傳感器在生產(chǎn)生活中的眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，目前濕度傳感器的濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。其中濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如金屬氧化特濕敏電阻、硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。上述濕敏電阻生產(chǎn)效率比較低，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式很難提高元件的質(zhì)量，從而影響濕敏傳感器的推廣應用。石墨烯和碳納米管均為典型的sp2雜化的碳納米材料，并且具有特殊的物理性質(zhì)。石墨烯是由單層碳原子緊密堆積成的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu),是構(gòu)成其他維數(shù)碳材料的基本結(jié)構(gòu)單元。石墨烯具有很高的載流子濃度、遷移率和亞微米尺度的彈道輸運特性的彈道輸運特性。碳納米管的多種多樣的形狀和結(jié)構(gòu)，使其具有許多潛在的應用價值。隨著納米材料研究的深入，石墨烯及碳納米管復合材料的應用前景也不斷的展現(xiàn)出來。然而現(xiàn)有制備技術(shù)，需要對石墨烯和碳納米管進行分步生長或者生長完成后需要對其進行轉(zhuǎn)移，因而極大地限制了石墨烯與碳納米管復合材料的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于石墨烯碳納米管復合材料的電阻式相對濕度傳感器。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠、成本低、易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)，該相對濕度傳感器便于攜帶且在反應時間、一致性、精確度等方面的指標均高于傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的濕度傳感器。采用化學氣相沉積法，實現(xiàn)了石墨烯碳納米管復合材料的直接制備，簡化了制備工藝，同時制備的石墨烯碳納米管的形貌可控并且具有優(yōu)異的光學及電學特性，而極大地促進的石墨烯碳納米管復合材料的應用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種基于石墨烯碳納米管復合材料的電阻式相對濕度傳感器，包括襯底以及位于襯底上的敏感層，所述敏感層上印刷有一對電極，這一對電極均通過電極引線連接至歐姆表；所述敏感層為石墨烯碳納米管復合材料，所述石墨烯碳納米管復合材料通過化學氣相沉積法直接沉積于襯底上。

所述襯底為未拋光的石英片。

上述電阻式相對濕度傳感器的制備方法，具體步驟如下：

1）將催化金屬箔片和襯底放入反應爐中，在800～1200℃范圍內(nèi)對催化金屬箔片以及襯底表面退火處理，向反應爐內(nèi)通入碳源氣體，通過化學氣相沉積法使得襯底表面直接生長石墨烯納米管復合材料；

2）在表面沉積有石墨烯碳納米管復合材料的襯底上，印刷電極I和電極II，并將電極I和電極II連接至歐姆表。

所述步驟1）的具體方法是：

11）將催化金屬箔片置于反應爐的恒溫區(qū)域，襯底置于反應爐的爐尾區(qū)域；

12）將反應爐內(nèi)的氣壓抽至極限真空狀態(tài)1.33×10^-4～3.99×10^-4Pa，保持真空狀態(tài)15～40分鐘后，將石英管內(nèi)的氣壓升至0.133～0.399Pa，注入氫氣，其流量控制在50～100mL/min.；反應爐達到設(shè)定溫度后，恒溫20～60分鐘，退火；

13）向抽真空的反應爐內(nèi)通入碳源氣體，通過化學氣相沉積法使得襯底表面直接生長石墨烯納米管復合材料；

14）生長完成后，冷卻至室溫，取出長有石墨烯碳納米管復合材料的襯底。

所述催化金屬箔片為銅箔或鎳箔，所述襯底為未拋光的石英片。

所述碳源氣體為甲烷，其流量控制在50～300mL/min.。

所述石墨烯碳納米管復合材料的生長時間控制在30～180分鐘。

所述反應爐包括管式爐以及與其配套的石英管，所述石英管的一側(cè)通過真空計分別與氫氣流量計和碳源氣體流量計連接，氫氣流量計和碳源氣體流量計分別與氫氣和碳源氣體氣瓶連接；另一側(cè)通過閥門與真空泵連接。

本發(fā)明的有益效果是，襯底采用未拋光的石英片，敏感層采用石墨烯碳納米管復合材料，整個濕度傳感器的工藝流程簡單可靠、成本低、易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。本發(fā)明通過化學氣相沉積法將石墨烯碳納米管復合材料一步直接生長于襯底表面，省去不必要的轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)，由此制備的石墨烯碳納米管復合材料具有優(yōu)異的電學及光學性質(zhì)，從而極大地促進的石墨烯碳納米管復合材料的應用。石墨烯碳納米管復合材料獨特的結(jié)構(gòu)使得基于石墨烯碳納米管復合材料的電阻式相對濕度傳感器相比傳統(tǒng)濕度傳感器更加微型化，在反應時間、一致性、精確度等方面的指標均高于傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的濕度傳感器。

附圖說明