[發明專利]濕度傳感器及其應用、設備和濕度傳感器的制備方法

有效

• 申請號: 201811614121.X
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109490380B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 吳進;吳子軒
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 曾銀鳳

本發明提供一種濕度傳感器及其應用、設備和濕度傳感器的制備方法，所述濕度傳感器包括凝膠，所述凝膠包括聚合物網絡、與所述聚合物網絡結合共同形成所述凝膠的溶劑以及溶解在所述溶劑中的電解質鹽，所述聚合物網絡具有用于與水分子結合的功能基團。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，特別是涉及一種濕度傳感器及其應用、設備和濕度傳感器的制備方法。

背景技術

柔性可拉伸傳感器能緊密貼在具有復雜結構的彎曲表面，例如人體、機器人或者假肢的皮膚上來獲取各種信息，因此，近年來在電子皮膚、可穿戴式電子和健康醫療等多個領域展現出廣闊的應用前景。人們希望貼在人體皮膚上面的柔性傳感器能像人的皮膚一樣具有可伸縮和自修復的功能。可拉伸性可以讓柔性傳感器和人的皮膚一起運動，這樣人就不會感到不舒服。自修復性能讓電子器件在受到破裂、刮傷或者超出極限變形范圍時能自我修復其電學、機械和其它性能，從而延長器件的壽命。柔性可拉伸濕度傳感器在健康醫療和環境監測等領域有廣泛的應用需求。例如，將柔性濕度傳感器貼在人體皮膚上面可以測量人體皮膚的濕度，以評價人體的生理健康特征、代謝情況或護膚品的效果。通過測量傷口處的濕度能獲取傷口愈合的信息。濕度傳感器也可用來測量人體的呼吸頻率，檢測睡眠呼吸中斷等疾病。

傳統的濕敏材料包括石墨烯、MoS₂、碳納米碳(CNTs)、多孔陶瓷和導電聚合物等，它們的可拉伸性能較差。目前報道的柔性/可拉伸的濕度傳感器都是將這些傳統濕敏材料通過結構工藝調控整合到柔性/可拉伸的基底上面，以實現柔性/可拉伸的功能。但這種方法工藝過程很復雜，且不能或者只能實現非常有限的拉伸率。目前報道的濕度傳感器的最大拉伸應變僅為60％。因此如何通過簡單的制備方法得到可拉伸的濕度傳感器是我們亟待解決的問題。

發明內容

基于此，有必要提供一種濕度傳感器及其應用、設備和濕度傳感器的制備方法。

本發明提供一種濕度傳感器，包括凝膠，所述凝膠包括聚合物網絡、與所述聚合物網絡結合共同形成所述凝膠的溶劑以及溶解在所述溶劑中的電解質鹽。

在其中一個實施例中，所述聚合物網絡具有功能基團，用于與水分子結合形成氫鍵。

在其中一個實施例中，所述功能基團為親水基團，所述功能基團包括-NH₂、SO₃^-和-OH中的至少一種，優選包括-NH₂、SO₃^-和-OH。

在其中一個實施例中，所述溶劑包括水，并且包括或不包括有機溶劑，所述有機溶劑優選為碳原子數為1～10的小分子多元醇，更優選為丙三醇和乙二醇中的至少一種。

在其中一個實施例中，所述凝膠為雙網絡凝膠，包括第一聚合物網絡和第二聚合物網絡。

在其中一個實施例中，所述第一聚合物網絡用于包覆所述溶劑，所述第二聚合物網絡用于增強所述凝膠的力學強度，優選的，所述第一聚合物網絡與所述第二聚合物網絡的質量比為16:1～1.3:1，優選的，所述第一聚合物網絡為聚丙烯酰胺，所述第二聚合物網絡為卡拉膠。

在其中一個實施例中，所述電解質鹽包括氯化鉀、氯化鈣、氯化鈉中的至少一種，優選為氯化鈣。

在其中一個實施例中，所述凝膠具有透明性，所述凝膠的拉伸應變性大于1200％。

在其中一個實施例中，還包括電極，所述電極用于測量能夠反映所述電解質鹽在所述凝膠中的離子遷移速率的參數，優選的，所述參數為所述電解質鹽的離子電導率或離子電阻率，或者所述凝膠的電阻。

在其中一個實施例中，還包括所述參數的檢測裝置，與所述電極電連接，用于通過所述電極測量所述參數。