[發明專利]聚酰亞胺濕敏材料及其在電容型濕度傳感器的應用

在審

• 申請號: 201710034625.3
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106800653A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 王洋洋;秦浩;海濤;張巍;劉繼江;周明軍
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十九研究所
• 主分類號: C08G73/10
• 分類號: C08G73/10;C08J5/18;G01N27/22
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

聚酰亞胺濕敏材料及其在電容型濕度傳感器的應用，本發明涉及一種電容型濕度傳感器的感濕材料，它要解決現有電容型高分子濕度傳感器的感濕性能有待提高的問題。本發明聚酰亞胺濕敏材料的化學結構式如下：其中A和B均代表含氟基團，A和B的結構通式為C_nH_mF_2n?m+1。將所述的聚酰亞胺濕敏材料作為感濕膜應用于電容型濕度傳感器中。本發明通過調節結構式中親水?疏水基團的比例，提高感濕性能，減小濕滯，制備得到的電容型濕度傳感器的濕度?電容曲線的線性相關系數R²≥0.998，顯示出良好的感濕性能。

技術領域

本發明涉及一種具有較高的感濕-脫濕性能的聚酰亞胺濕敏材料以及基于該濕敏材料的電容式濕度傳感器。

背景技術

濕度傳感器是用來測量環境濕度的一類傳感器，被廣泛應用于氣象、醫療、農業、航天等領域。芬蘭Vaisala公司、荷蘭Philips公司、美國Honeywell公司等是世界上濕度傳感器的主要生產廠家，其濕度傳感器的研究制造水平處于世界領先地位。目前我國國內的濕度傳感器制造技術水平相比國外還有一定差距，生產的傳感器由于感濕材料穩定性差，導致傳感器存在測量精度低，使用壽命短等諸多問題，濕度傳感器的國內市場份額基本被國外產品壟斷。

目前市面上常見的濕度傳感器主要有三種：陶瓷濕度傳感器、高分子濕度傳感器和多孔硅濕度傳感器。陶瓷型濕度傳感器和多孔硅濕度傳感器在低濕的情況下靈敏度較低，線性度不好。而且陶瓷型濕度傳感器產品的一致性一般較差，難以進行大規模生產。因此，高分子型濕度傳感器因其材料來源豐富，價格便宜，制作工藝簡單，產品一致性好，適用溫度范圍廣，溫度系數小等優點，逐漸成為了濕度傳感器研究制造的主流。

高分子型濕度傳感器一般分為電阻型和電容型。電阻型濕度傳感器是利用高分子電解質的電阻隨著濕度的變化規律來測定環境濕度的一類傳感器，這類傳感器具有線性度好、靈敏度高、響應時間短、制作工藝簡單、易于小型化的優點，但在低濕和高濕的條件下不能測量濕度，且不耐污染，使用壽命短。

電容型濕度傳感器是基于高分子薄膜電容制成的，當環境濕度發生變化時，濕敏電容的介電常數發生變化，電容量發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。高分子電容式濕度傳感器的感濕材料通常選用的是醋酸纖維素及其衍生物，但是醋酸纖維素及其衍生物作為濕敏材料制造的傳感器線性輸出較差。因此，尋求一種濕滯和溫度系數小，具有長期穩定性和高靈敏度的新型濕敏材料成為了目前濕度傳感器生產制造亟需解決的問題。

聚酰亞胺是綜合性能較好的有機高分子材料之一，可以在超高溫、超低溫、強噪聲、強腐蝕、強輻射等極端條件下長期服役，具有極高的可靠性和質量保證。目前已經商品化的聚酰亞胺已多達20多個種類，著名的生產商包括美國的杜邦、通用、歐洲的BASF、Ciba-Geigy、日本的杜邦-東麗、日立化學、鐘源等。我國在聚酰亞胺材料的合成方面雖然已經取得一定成績，但與國際先進水平相比仍有差距。

通過合成新型含氟單體，向聚酰亞胺中引入氟原子，合成一種具有高感濕性能和長期穩定性的聚酰亞胺材料，對于減小傳感器響應時間，提高傳感器的靈敏度及長期穩定性，延長傳感器的使用壽命，提升濕度傳感器的生產制造水平，具有十分重要的意義。

發明內容

本發明目的是要解決現有電容型高分子濕度傳感器的感濕性能有待提高的問題，而提供一類聚酰亞胺濕敏材料及其在電容型濕度傳感器的應用。

本發明聚酰亞胺濕敏材料的化學結構式如下：

其中A和B均代表含氟基團，A和B的結構通式為C_nH_mF_2n-m+1。

本發明聚酰亞胺濕敏材料的化學結構式中R的化學結構通式為：