一种湿度敏感器件的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种湿度敏感器件的制备方法，属于传感功能器件的制备领域。本发明专利技术一种湿度敏感器件的制备方法，步骤如下：步骤一：取30微升Hummer法制备的浓度为3‑5mg/mL的氧化石墨烯滴加到金属电极的沟道之间；步骤二：将金属电极在室温下自然晾干；步骤三：在高湿度下，通过对晾干的金属电极施加电压不对称还原金属电极沟道之间的氧化石墨烯，获得氧化石墨烯含氧官能团浓度梯度分布的器件。本发明专利技术是一种高灵敏度且不依赖外界电压即可自行工作的非接触式人机交互湿度敏感功能器件制备方法，主要用于湿度信号的检测。

Preparation of a humidity sensitive device

The invention provides a preparation method of a humidity sensitive device, which belongs to the preparation field of the sensing function device. The invention relates to a preparation method, a humidity sensitive device includes the following steps: A: Taking the concentration of 30 microliters Hummer prepared graphene oxide is dripped into the metal electrode 3 5mg/mL channel; step two: the metal electrode at room temperature to dry naturally; step three: under high humidity, oxidation between the graphene reduction metal electrode channel through the metal electrode on the dry voltage asymmetry, obtain the graphene oxide containing oxygen functional group concentration gradient distribution device. The invention is a high sensitivity and independent external voltage, and it is a non-contact human-machine interaction humidity sensitive function device preparation method. It is mainly used for humidity signal detection.

【技术实现步骤摘要】
一种湿度敏感器件的制备方法
本专利技术涉及一种湿度敏感器件的制备方法，属于传感功能器件的制备领域。
技术介绍
氧化石墨烯(GO)，其表面和边缘含有丰富的含氧官能团，如羟基、羧基和环氧基团等，在电学、能源相关设备和智能系统领域都具有潜在应用。氧化石墨烯对水分具有高度的敏感性，其含氧官能团可以在高湿度下发生水合质子化，表面环氧基团可以形成水合质子的传输网络，体现优异的质子电导率。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所张珽等人在气液界面组装的氧化石墨烯薄膜可以感受湿度源在器件阵列表面的三维分布情况，但是器件必须在一定外加操作电压下工作，器件灵敏度约为35％，较低的灵敏度原因是背景电流较高。最近研究发现通过改变氧化石墨烯含氧官能团浓度的梯度分布，可以构建不需要外加电压即可工作的湿度刺激响应系统。北京理工大学曲良体等人研究发现以氧化石墨烯为材料制备的湿气纳米发电机可以在不加偏压即可感应外界湿度变化，输出电学信号。根据外界湿度大小变化，输出电学信号强弱随之改变。但是已报道的氧化石墨烯基湿度发电研究利用的是三明治型器件结构，水合质子在跨过石墨烯堆叠片层时会遇到很大的阻碍作用，限制器件的发电功率和湿度响应性能。美国Ajayan,P.M.课题组研究表明氧化石墨烯质子电导率具有各向异性，面内电导率比跨越面方式的电导率要大250倍左右。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种湿度敏感器件的制备方法，是一种高灵敏度且不依赖外界电压即可自行工作的非接触式人机交互湿度敏感功能器件制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种湿度敏感器件的制备方法，所述制备方法步骤如下：步骤一：取30微升Hummer法制备的浓度为3-5mg/mL的氧化石墨烯滴加到金属电极的沟道之间；步骤二：将金属电极在室温下自然晾干；步骤三：在高湿度下，通过对晾干的金属电极施加电压不对称还原金属电极沟道之间的氧化石墨烯，获得氧化石墨烯含氧官能团浓度梯度分布的器件。本专利技术一种湿度敏感器件的制备方法，所述金属电极的微米宽度范围在100～400μm之间。本专利技术一种湿度敏感器件的制备方法，所述器件在0伏特电压下，在2毫米距离内响应手指表面的湿度。本专利技术一种湿度敏感器件的制备方法，所述器件通过感受湿度源在器件阵列表面的水平和竖直方向上的电压与电流变化值进行湿度信号的检测。本专利技术一种湿度敏感器件的制备方法，所述器件为平面结构。以上方法的显著优势在于其制备步骤简单，环境友好，所用原料均为廉价且环保的物质，所获得湿度传感器件重复性高，无需外加电压驱动，且具备优异、稳定的输出电压、电流和高的灵敏度。附图说明图1为本专利技术湿度敏感器件的制备方法5×5阵列电极示意图；图2为实施例二中湿度敏感器件的电流-时间图；图3为实施例二中湿度敏感器件的电压-时间图；图4为实施例二中湿度敏感器件的电流-时间图；图5为实施例二中湿度敏感器件的电压-时间图；图6为实施例二中湿度敏感器件的电流-时间图；图7为实施例二中湿度敏感器件的电压-时间图；图8为实施例二中湿度敏感器件的电流-时间图；图9为实施例二中湿度敏感器件的电压-时间图；图10为实施例四中湿度敏感器件对不同湿度源距离感应电流-时间图；图11为实施例四中湿度敏感器件对不同湿度源距离感应电压-时间图；图12为实施例五中5×5阵列电极手指在器件表面三维响应图；图13为实施例七中湿度敏感器件的拉曼图；图14为实施例七中湿度敏感器件拉曼图峰尖位置放大图；图15为实施例七中湿度敏感器件不对称还原前后ID/IG变化趋势比较；图1中的附图标记，1为金属电极；2为沟道；3为氧化石墨烯。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。实施例一：如图1所示，本实施例所涉及的一种湿度敏感器件的制备方法，所述制备方法步骤如下：步骤一：取30微升Hummer法制备的浓度为3-5mg/mL的氧化石墨烯滴加到金属电极的沟道之间；步骤二：将金属电极在室温下自然晾干；步骤三：在高湿度下，通过对晾干的金属电极施加电压不对称还原金属电极沟道之间的氧化石墨烯，获得氧化石墨烯含氧官能团浓度梯度分布的器件。实施例二：如图2至图9所示，本实施例所涉及的一种湿度敏感器件的制备方法，所述金属电极的微米宽度范围在100～400μm之间。本实例中所选用电极沟道宽度为100μm时，具体制备步骤如下：取30微升Hummer法制备的氧化石墨烯滴加到100μm宽度的铜电极沟道之间，自然晾干，在高湿度下施加电压不对称还原氧化石墨烯，获得含氧官能团梯度分布的器件。施加0V电压，测试其湿度响应电流；施加0A电流，测试其湿度响应电压。如图2所示，本实施例制备的器件湿度响应平均电流密度3.802μA/cm2。如图3所示，本实施例制备的器件湿度响应平均电压10.25mV。本实例中所选用电极沟道宽度为200μm时，具体制备步骤如下：取30微升Hummer法制备的氧化石墨烯滴加到200μm宽度的铜电极沟道之间，自然晾干，在高湿度下施加电压不对称还原氧化石墨烯，获得含氧官能团梯度分布的器件。施加0V电压，测试其湿度响应电流；施加0A电流，测试其湿度响应电压。如图4所示，本实施例制备的器件湿度响应平均电流密度1.097μA/cm2。如图5所示，本实施例制备的器件湿度响应平均电压10.479mV。本实例中所选用电极沟道宽度为300μm时，具体制备步骤如下：取30微升Hummer法制备的氧化石墨烯滴加到300μm宽度的铜电极沟道之间，自然晾干，在高湿度下施加电压不对称还原氧化石墨烯，获得含氧官能团梯度分布的器件。施加0V电压，测试其湿度响应电流；施加0A电流，测试其湿度响应电压。如图6所示，本实施例制备的器件湿度响应平均电流密度2.93μA/cm2。如图7所示，本实施例制备的器件湿度响应平均电压30.399mV。本实例中所选用电极沟道宽度为400μm时，具体制备步骤如下：取30微升Hummer法制备的氧化石墨烯滴加到400μm宽度的铜电极沟道之间，自然晾干，在高湿度下施加电压不对称还原氧化石墨烯，获得含氧官能团梯度分布的器件。施加0V电压，测试其湿度响应电流；施加0A电流，测试其湿度响应电压。如图8所示，本实施例制备的器件湿度响应平均电流密度0.949μA/cm2。如图9所示，本实施例制备的器件湿度响应平均电压10.447mV。实施例三：如图1所示，本实施例所涉及的一种湿度敏感器件的制备方法，所述器件在0伏特电压下，在2毫米距离内响应手指表面的湿度。湿度敏感器件在施加0伏特电压的情况下，可以感知距离氧化石墨烯表面2毫米处的手指表面的湿度，通过非接触的方式测量湿度信号。实施例四：如图10和11所示，本实施例所涉及的一种湿度敏感器件的制备方法，分析湿度敏感器件对不同距离湿度源感应能力测试，所选用的样品为电极沟道宽度为300μm的器件。如图10可知，随着湿度源距离减小，电流值逐渐增大。如图11可知，随着湿度源距离减小，电压值逐渐增大。实施例五：如图1和12所示，本实施例所涉及的一种湿度敏感器件的制备方法，所述器件通过感受湿度源在器件阵列表面的水平和竖直方向上的电压与电流变化值进行湿度信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湿度敏感器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：步骤一：取30微升Hummer法制备的浓度为3‑5mg/mL的氧化石墨烯(3)滴加到金属电极(1)的沟道(2)之间；步骤二：将金属电极(1)在室温下自然晾干；步骤三：在高湿度下，通过对晾干的金属电极(1)施加电压不对称还原金属电极沟道(2)之间的氧化石墨烯(3)，获得氧化石墨烯(3)含氧官能团浓度梯度分布的器件。

【技术特征摘要】
1.一种湿度敏感器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：步骤一：取30微升Hummer法制备的浓度为3-5mg/mL的氧化石墨烯(3)滴加到金属电极(1)的沟道(2)之间；步骤二：将金属电极(1)在室温下自然晾干；步骤三：在高湿度下，通过对晾干的金属电极(1)施加电压不对称还原金属电极沟道(2)之间的氧化石墨烯(3)，获得氧化石墨烯(3)含氧官能团浓度梯度分布的器件。2.根据权利要求1所述的湿度敏感器件的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱云峰，王凯萱，马卓，张园媛，孙浩浩，纪心阳，胡平安，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23