[發明專利]一種基于蠶絲蛋白的柔性濕度傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910012315.0
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109613075B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 張曉升;文丹良;劉欣;鄧海濤;孫德恒
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/22
• 分類號: G01N27/22
• 代理公司: 51220 成都行之專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 唐邦英

本發明公開了一種基于蠶絲蛋白的柔性濕度傳感器及其制備方法，所述柔性濕度傳感器包括柔性基底、叉指電極和濕敏材料，所述叉指電極位于柔性基底和濕敏材料之間，所述濕敏材料為蠶絲蛋白薄膜。本發明所述蠶絲蛋白薄膜對水分子的選擇性吸附的獨特特性，它能夠檢測液態水分子的存在性，甚至可以在特定場合區分液態水分子和氣態水分子。因此，本發明所述的柔性濕度傳感器能夠用于檢測環境中是否含有液態水分子，更進一步地講，在一些特定的場合可以區分是液態水分子和氣態水分子的存在。

技術領域

本發明涉及傳感器領域，具體涉及一種基于蠶絲蛋白的柔性濕度傳感器及其制備方法。

背景技術

濕度傳感器是指檢測外界環境濕度的傳感器，一般情況下的濕度傳感器分為電容式、電阻式、壓阻式、光學式等多種類型，更為常見的是電容式的和電阻式的濕度傳感器。濕度傳感器在眾多領域都有著重要的應用，比如氣象、軍事、農業、工業控制、精密測量器械、醫療器械等。但是傳統的濕度傳感器多是硅基材料，具有剛性大、易破碎的特點，不能根據應用場景進行彎曲變形，這就使得傳統的濕度傳感器的應用范圍受到限制。

近幾十年來，隨著柔性電子技術的飛速發展，越來越多的柔性傳感器被設計出。而由于濕度檢測在健康、環境監測等諸多領域的重要性，柔性的濕度傳感器也受到越來越多的關注。近些年，基于電阻和電容原理，利用聚合物材料構成的柔性濕度傳感器已有報道。國際著名期刊Sensors&Actuators B Chemical上發表的論文《Design and optimizationof an ultra thin flexible capacitive humidity sensor》公開了一種基于電容的柔性濕度傳感器，該期刊發表的論文《Novel flexible resistive-type humidity sensor》公開了一種基于電阻的柔性濕度傳感器。申請號為201810182699.6的中國發明專利申請公開了一種柔性濕度傳感器及其制備方法。然而，水分子存在于空氣中的氣態和液態兩種狀態，由于都是吸附水分子改變其電容或者電阻，目前所報道公開的濕度傳感器對氣態水分子和液態水分子都會有響應。因此，傳統的濕度傳感器難以區分水在空氣中的存在形式。比如對于人呼出的氣體，傳統的濕度傳感器會有明顯的響應，但是不能推測里面是否含有液態水。又比如霧天，空氣中含有大量的液態水，傳統的濕度傳感器也不能檢測空氣中液態水的濃度。這種結果是由于濕敏材料的特性決定的，上述三種公開的濕度傳感器分別采用雙苯并環丁烯、甲基丙烯酸甲酯和3-(甲基丙烯酰胺基) 丙基三甲基氯化銨聚合物、聚乙烯醇薄膜三種材料作為濕敏材料，它們都是基于化學反應的濕度傳感器，并且三種材料都既與氣態水分子反應，也與液態水反應。因此，上述三種公開的柔性濕度傳感器均沒法辨別空氣中的水分子存在形式，確切地說是沒法檢測空氣中是否存在液態水，這將限制它們的應用場景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于蠶絲蛋白的柔性濕度傳感器，解決現有柔性濕度傳感器無法識別空氣中的水分子存在形式的問題。

此外，本發明還提供上述柔性濕度傳感器的制備方法。

本發明通過下述技術方案實現：

一種基于蠶絲蛋白的柔性濕度傳感器，包括柔性基底、叉指電極和濕敏材料，所述叉指電極位于柔性基底和濕敏材料之間，所述濕敏材料為蠶絲蛋白薄膜。

目前的濕度傳感器主要包含電阻式濕度傳感器和電容式濕度傳感器。本發明所述的柔性濕度傳感器便是基于電容式的。電容式濕度傳感器一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環境濕度發生改變時，濕敏電容的介電常數發生變化，使其電容量也發生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。但是目前想要精確的檢測環境濕度仍是一個科學難題，而這些材料制成的濕度傳感器都不能分辨空氣中的氣態水分子和液態水分子，空氣中的液態水分子和氣態水分子均能使現有的濕度傳感器產生響應。