[發明專利]一種基于海泡石修飾碳材料的濕度傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011596689.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112798659A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 太惠玲;段再華;蔣亞東;袁震;吳英偉;趙秋妮;黃琦
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 梁偉東

本發明公開了一種基于海泡石修飾碳材料的濕度傳感器及其制備方法，屬于濕敏元件技術領域，具體涉及濕度傳感器技術領域，以解決現有的濕度傳感器濕度響應范圍窄、檢測濕度下限高、分辨率低的不足與缺陷，包括襯底，所述襯底表面含有叉指電極，所述襯底上涂覆有濕度敏感層，所述濕度敏感層完全覆蓋所述叉指電極，所述濕度敏感層的材料包括海泡石、碳材料和溶劑，所述碳材料分散在所述溶劑中，所述海泡石、所述碳材料和所述溶劑的質量比為0?0.2:1:1?100，本申請的海泡石修飾碳材料濕度傳感器具有寬濕度檢測范圍(0?95％RH)、低濕響應(2％RH)和高分辨(2％RH)優點。

技術領域

一種基于海泡石修飾碳材料的濕度傳感器及其制備方法，本發明屬于濕敏元件技術領域，具體涉及濕度傳感器技術領域。

背景技術

濕度是表征大氣干燥程度的物理量，是工農業生產過程中一個很重要而普遍的測量參數。濕度傳感器是指能將濕度轉換為與其成一定比例關系的電量輸出的器件式裝置。主要特征參數有濕度量程、感濕特征量、靈敏度、濕度溫度系數、響應時間和濕滯回差。濕度傳感器的發展對保證產品質量、提高生產效率、節約能源、生產安全、促進國民經濟的發展起到非常重要的作用。

電阻型濕度傳感器的工作原理通常是利用濕敏材料吸附水分子后，吸附水分子發生電離形成導電離子；進一步地在高濕環境下，大量的吸附水分子形成連續的水膜，促進離子傳輸，增大濕敏材料的電導率，從而導致濕度傳感器電阻降低產生濕敏響應。一般對于隨著濕度增加電阻降低型濕度傳感器而言，需要吸附大量的水分子產生離子傳輸條件，因而對低濕通常不敏感，限制了其濕度檢測范圍和低濕檢測能力。此外，還有一種電阻型濕度傳感器的工作原理是利用良好導電性濕敏材料吸濕膨脹效應和傳導阻塞效應，當吸附水分子后，濕度傳感器的電阻會增加(Qiuni Zhao,Zhen Yuan,ZaihuaDuan,Yadong Jiang,XianLi,Zhemin Li,HuilingTai,Sensors and Actuators B:Chemical,289(2019)182-185)，有望提升濕度傳感器的濕度檢測范圍。

濕度傳感器在工業、農業、醫療、航空航天和家居等領域具有重要應用，隨著濕度傳感器應用范圍的拓展，急需發展具有寬濕度檢測范圍、低濕響應和高分辨的濕度傳感器。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種基于海泡石修飾碳材料的濕度傳感器及其制備方法，以解決現有的濕度傳感器濕度響應范圍窄、檢測濕度下限高、分辨率低的不足與缺陷。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于海泡石修飾碳材料的濕度傳感器，包括襯底，所述襯底表面含有叉指電極，所述襯底上涂覆有濕度敏感層，所述濕度敏感層完全覆蓋所述叉指電極，所述濕度敏感層的材料包括海泡石、碳材料和溶劑，所述碳材料分散在所述溶劑中，所述海泡石、所述碳材料和所述溶劑的質量比為0-0.2:1:1-100。

本申請的技術方案中，海泡石(Mg8[Si2O30](OH)4·12H2O)，一種具層鏈狀結構的含水富鎂硅酸鹽黏土礦物，具有無毒無害、可塑性好、比表面大、多孔道、吸水性強、熱穩定好等特性，其存量大，因而價格低廉，利用海泡石比表面大、多孔道、吸水性強的特性，實現了對低濕(2％RH)水分子的吸附，利用碳材料吸附水分子后電阻上升的特性，制備了具有正敏系數的濕度傳感器，將海泡石和碳材料混合均勻后涂覆在襯底及叉指電極表面，形成濕度敏感層，本申請的海泡石修飾碳材料濕度傳感器具有寬濕度檢測范圍(0-95％RH)、低濕響應(2％RH)和高分辨(2％RH)優點。

優選的，所述海泡石、所述碳材料和所述溶劑的質量比為0.01-0.1:1:1-100。

優選的，所述碳材料為碳素墨水、碳黑、碳納米管、石墨烯、石墨炔和富勒烯中的一種或多種的組合。

優選的，所述溶劑為去離子水、甘油、聚乙烯醇、乙二醇、丙三醇、二甲基硅油、分散劑NNO和聚醋酸乙烯乳液中的一種或幾種組合。