[發(fā)明專利]一種紙基柔性濕敏元件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610300970.2
• 申請(qǐng)日: 2016-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN105784788B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 費(fèi)騰;張彤;趙紅然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/12
• 分類號(hào): G01N27/12
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純

一種紙基電阻型濕敏元件及其制備方法，屬于濕敏元件及其制備技術(shù)領(lǐng)域。是以打印紙為柔性襯底，通過打印機(jī)直接打出不同結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)圖案，利用鉛筆在打印出的電極結(jié)構(gòu)處涂寫石墨電極，將敏感材料經(jīng)過表面修飾制成墨水后，在紙基襯底上的叉指電極及電極之間的區(qū)域涂寫敏感材料墨水，干燥后即可得到紙基柔性濕敏元件。本發(fā)明中的電極可以在不同紙基上批量寫出不同圖案，碳基敏感材料也是寫在電極區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了全碳型的濕敏元件的制備。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單可靠、易于實(shí)現(xiàn)低成本柔性濕敏元件的批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于濕度敏感元件及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種紙基柔性濕敏元件及其制備方法。

背景技術(shù)

濕度是自然界中普遍存在的物理量，在人類的生產(chǎn)生活中對(duì)于環(huán)境濕度進(jìn)行測(cè)試和調(diào)控有大量需求，如空調(diào)、加濕器、微波爐、農(nóng)業(yè)大棚、化學(xué)品存儲(chǔ)、文物保護(hù)等等。高性能濕敏元件的開發(fā)具有重要意義。

濕敏元件所采用的敏感材料種類繁多，包括雙親性高分子材料、陶瓷材料、碳基及其復(fù)合材料等。濕敏元件的襯底包括剛性和柔性兩大類，其中，剛性襯底主要陶瓷，電極材料為碳材料或金屬；而柔性襯底主要是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亞胺(PI)等聚合物，金屬電極通過磁控濺射制備。近年來隨著柔性電子學(xué)的發(fā)展，柔性濕敏元件引起了研究人員的廣泛關(guān)注，柔性濕敏元件具有質(zhì)量輕、厚度薄、可彎曲等優(yōu)點(diǎn)，其在射頻識(shí)別、醫(yī)療以及傳感陣列檢測(cè)溫度、濕度和空氣中化學(xué)物質(zhì)含量等方面均有大量需求。

目前所報(bào)道的柔性濕敏元件制備方法成本較高，特別是最常用的在柔性襯底上磁控濺射制備金電極所采用的制備工藝復(fù)雜，電極材料昂貴，不利于批量生產(chǎn)和大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種紙基柔性濕敏元件及其制備方法。提出以紙基為柔性襯底，直接在紙基襯底上涂寫電極材料和敏感材料，獲得低成本的紙基柔性濕敏元件。本發(fā)明所述的紙基柔性濕敏元件的制備方法，是通過打印機(jī)直接打出電極結(jié)構(gòu)圖案，利用鉛筆在打印出的電極結(jié)構(gòu)處涂寫上石墨電極，然后在紙基襯底上的叉指狀電極和電極之間的區(qū)域涂寫敏感材料，干燥后經(jīng)過裁剪即可得到紙基柔性濕敏元件，通過檢測(cè)元件電流隨相對(duì)濕度的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境濕度的檢測(cè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種紙基柔性濕敏元件，由紙基襯底、在紙基襯底上涂寫的叉指狀石墨電極、在紙基襯底上涂寫的敏感材料組成。

本發(fā)明所述的一種紙基柔性濕敏元件的制備方法，其步驟如下：

(1)設(shè)計(jì)不同尺寸的叉指狀電極結(jié)構(gòu)；

(2)在紙基襯底上打印出叉指狀電極結(jié)構(gòu)，在紙基襯底上的不同尺寸的電極結(jié)構(gòu)處用鉛筆涂寫電極；

(3)將濕敏材料進(jìn)行化學(xué)修飾并分散在水中制備墨水；

(4)在紙基叉指狀電極和電極之間的區(qū)域涂寫步驟(3)制備的墨水，待紙基襯底干燥后沿著電極邊緣裁剪得到紙基柔性濕敏元件。

進(jìn)一步地，步驟(1)中所述的叉指狀電極為1-20對(duì)，寬度為50-1000μm，指間距50-1000μm。

進(jìn)一步地，步驟(1)中所述的紙基襯底為針式打印、噴墨打印或激光打印技術(shù)可以打印的打印紙。

進(jìn)一步地，步驟(2)中所述的用鉛筆涂寫的次數(shù)是1-100次，涂寫的方向可以是正向或反向，涂寫的厚度為0.1-20μm。

進(jìn)一步地，步驟(3)中所述的墨水濃度為0.1-100mg/mL，涂寫的次數(shù)為1-1000次，涂寫的厚度0.1-50μm。

進(jìn)一步地，步驟(3)中所述的敏感材料為碳納米管、石墨烯或炭黑材料。

本發(fā)明的紙基濕敏元件的檢測(cè)方法，可通過直流供電，在直流電路下(電壓0-10V)進(jìn)行不同濕度環(huán)境中元件電阻/電流的測(cè)量。