[發明專利]一種石英晶體微天平濕度傳感器的制備方法及產品

有效

• 申請號: 201810633969.0
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108982277B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 廖廣蘭;林建斌;譚先華;史鐵林;湯自榮
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N5/02
• 分類號: G01N5/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發明屬于濕度傳感器技術領域，并具體公開了一種石英晶體微天平濕度傳感器的制備方法及產品，所述方法包括，S1、種子層制備：在石英晶體微天平上沉積一層Cu種子層，用于后續生長超親水納米線作為濕敏層材料；S2、濕敏層制備：將沉積有所述Cu種子層的石英晶體微天平水平置于NaOH和(NH₄)₂S₂O₄的混合溶液中，以在所述Cu種子層上生長超親水Cu(OH)₂納米線，從而獲得石英晶體微天平濕度傳感器件。所述產品包括石英晶體微天平、設于所述石英晶體微天平正面和/或反面的種子層以及生長于所述種子層上的納米線。本發明制備形成的濕度傳感器響應速度小于1s，具有高響應性、靈敏度高、重復性好、性能穩定等特點。

技術領域

本發明屬于濕度傳感器技術領域，更具體地，涉及一種石英晶體微天平濕度傳感器的制備方法及產品。

背景技術

傳感器技術是一項當今世界迅猛發展起來的高新技術之一，也是當代科學發展的一個重要標志，它與通信技術、計算機技術一起構成信息產業的三大支柱。“沒有傳感技術就沒有現代科學技術”的觀點現在己為全世界所公認。科學技術越發達，自動化技術越高，對傳感器依賴性就越大。所以，國內外都普遍重視和投入開發各類傳感器以及傳感技術。

濕度傳感器是現代傳感技術發展方向之一。世界各國對濕度傳感器的研究非常活躍，研究重點之一是開發新型濕度敏感元件，因為新型靈敏度高和適用范圍廣的濕度敏感元件是實現濕度傳感器技術新突破的前提。而敏感元件的性能主要取決于兩個重要因素，即構成元件的材料和制備元件的加工技術，因此應用新技術、新材料是研究開發新型濕度敏感元件的重要手段濕度傳感器在農業生產、軍事活動和氣象預測等諸多領域有著廣泛的應用。

目前由納米線制備的濕度傳感器包含電學和光學兩大類，光學的響應速度快，但制備工藝復雜且費用昂貴。相對而言，電學濕度傳感器可靠穩定，制備工藝簡單，但是電學濕度傳感器目前存在響應速度較慢和精度不夠高等缺點。而濕度傳感器的響應速度和精度在實際應用過程中至關重要。因此，解決電學濕度傳感器的濕敏材料具備高響應性和高精度性能夠極大促進濕度傳感器的發展與應用。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種石英晶體微天平濕度傳感器的制備方法及產品，采用Cu作為石英晶體微天平的種子層，用以制備超親水Cu(OH)₂納米線，作為濕度傳感器的濕敏層，并采用濺射工藝精確控制Cu種子層沉積厚度，然后通過控制生長液的濃度控制生成的Cu(OH)₂納米線的形貌，從而獲得具有超親水特性Cu(OH)₂納米線，所形成的濕度傳感器響應速度小于1s，具有高響應性、穩定性和精確性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種石英晶體微天平濕度傳感器的制備方法，包括如下步驟：

S1、種子層制備：在石英晶體微天平上沉積一層Cu種子層，用于后續生長超親水納米線作為濕敏層材料；

S2、濕敏層制備：將沉積有所述Cu種子層的石英晶體微天平置于NaOH和(NH₄)₂S₂O₄的混合溶液中，以在所述Cu種子層上生長超親水Cu(OH)₂納米線，從而獲得石英晶體微天平濕度傳感器件。

進一步的，步驟S1中采用磁控濺射的方式對石英晶體微天平進行所述Cu種子層的沉積。

進一步的，其特征在于，所述Cu種子層的沉積厚度為0.025μm～1μm，優選的，所述Cu種子層的沉積厚度為0.2μm。

進一步的，所述Cu種子層為單面或雙面。

進一步的，所述磁控濺射為直流模式或射頻模式，功率為50W～500W。