[發明專利]一種柔性電容式濕度傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201510512310.6
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN105067682A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 聶萌;章丹;黃慶安
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22;B81C1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種濕度傳感器，具體來說，涉及一種柔性電容式濕度傳感器及其制備方法。

背景技術

濕度傳感器在軍事、氣象、農業、工業控制、醫療器械等許多領域有著廣泛的應用。在過去的幾十年里，有許多針對電容式、電阻式、壓阻式、光學式等類型濕度傳感器的研究。在商用領域中，電容式濕度傳感器應用最為廣泛，這是因為電容式濕度傳感器靈敏度高、制造成本低、動態響應時間短、熱損耗極小等特點。但是常規的電容式濕度傳感器通常是剛性的，不適于在人體等場合使用。

現有的電容式濕度傳感器的結構基本采用上下電極板、中間絕緣介質層結構，且中間絕緣介質層是濕度敏感元件。這樣由于濕度敏感元件只有四周側面才能與環境接觸，導致與環境接觸的部分面積受到很大的限制從而降低了濕度傳感器的靈敏度，如果增加中間絕緣介質層的厚度而增大與環境的接觸面積，又會導致濕度傳感器的尺寸不能滿足實際要求。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種柔性電容式濕度傳感器及其制備方法，該濕度傳感器具有靈敏度高、響應速度快、結構簡單，且能夠廣泛使用于生物醫學、可穿戴設備等領域。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明實施例采用的技術方案是：

一種柔性電容式濕度傳感器，該濕度傳感器包括柔性襯底、第一金屬電極板、氧化石墨烯薄膜層和第二金屬電極板，其中，第一金屬電極板和第二金屬電極板分別固定連接在柔性襯底的頂面；氧化石墨烯薄膜層填充在第一金屬電極板和第二金屬電極板之間的空隙中，且覆蓋在第一金屬電極板的頂面和第二金屬電極板的頂面。

作為優選，所述的第一金屬電極板和第二金屬電極板分別位于柔性襯底頂面的兩端。

作為優選，所述的氧化石墨烯薄膜層覆蓋在第一金屬電極板的部分頂面和第二金屬電極板的部分頂面。

作為優選，所述的柔性襯底由LCP制成。

作為優選，所述的第一金屬電極板和第二金屬電極板通過腐蝕金屬薄層的方法制成。

一種上述的柔性電容式濕度傳感器的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

第一步：在單面覆有金屬薄層的柔性襯底的兩端分別涂上光刻膠；

第二步：對未被光刻膠覆蓋的金屬薄層進行腐蝕，位于光刻膠下方的金屬薄層分別構成第一金屬電極板和第二金屬電極板；

第三步：去除光刻膠；

第四步：在第一金屬電極板的頂面和第二金屬電極板的頂面分別貼上膠布；

第五步：在柔性襯底、第一金屬電極板、第二金屬電極板和膠布的表面旋涂氧化石墨烯，構成氧化石墨烯層；

第六步：撕去膠布及位于膠布上方的氧化石墨烯層，剩下的氧化石墨烯層構成氧化石墨烯薄膜層，從而制成濕度傳感器。

作為優選，所述的第一步中，柔性襯底由LCP制成。

作為優選，所述的第四步中，膠布分別覆蓋第一金屬電極板的部分頂面和第二金屬電極板的部分頂面。

有益效果：與現有的剛性濕度傳感器相比，本發明實施例具有以下有益效果：濕度傳感器襯底可彎曲變形，在襯底彎曲變形的情況下能夠很好的工作，適應表面不平的待測物體。利用柔性材料LCP和氧化石墨烯分別制成濕度傳感器的襯底和濕敏元件。當表面的氧化石墨烯薄膜層吸收空氣中的水蒸氣時，導致其介電常數發生變化，繼而電容值也會發生相應的變化通過兩端電極輸出，最后達到測出外在環境濕度的目的。由于濕度傳感器在襯底彎曲變形的情況下依然可以很好的工作，彌補了傳統剛性濕度傳感器的缺陷。由于本實施例的濕度傳感器采用氧化石墨烯薄膜層作為濕度敏感介質，氧化石墨烯結構中含有親水基團，而且氧化石墨烯表面具有褶皺。相比平坦的形貌，這種褶皺形貌的單位面積上含有更多的親水基團，有利于水汽分子的吸附與脫附，所以基于氧化石墨烯的電容式相對濕度傳感器靈敏度高，響應速度快。又由于本實施例的濕度傳感器中，第一金屬電極板和第二金屬電極板左右放置，使得中間絕緣階層，即氧化石墨烯薄膜層，與環境接觸的面積增大，可以吸收到環境中更多水蒸氣。這也提高了傳感器的響應速度。同時該濕度傳感器只有襯底和電容器兩層結構，所以結構非常簡單。該濕度傳感器制備容易、成本低廉，可以廣泛使用在生物醫學和可穿戴設備領域。

附圖說明

圖1為本發明實施例中濕度傳感器的剖視圖；

圖2是本發明實施例中制備方法第一步的結構示意圖；

圖3是本發明實施例中制備方法第二步的結構示意圖；

圖4是本發明實施例中制備方法第三步的結構示意圖；

圖5是本發明實施例中制備方法第四步的結構示意圖；