时间和湿度传感器及其应用制造技术

本发明专利技术涉及时间和湿度传感器及其应用。本发明专利技术提供了一种时间和湿度传感器，其特征是，其包括聚合物层、任选的基材层、任选的保护层和任选的至少一个电极，所述聚合物层包含导电聚合物和５－甲酰基－２－呋喃磺酸。本发明专利技术涉及一种结合在商品、特别是电子产品、食品和可降解产品的包装或包装材料中的时间和湿度或湿气的电传感器。所述结合在包装或包装材料中的时间和湿度或湿气的电传感器包括基于导电聚合物的层状结构，其说明在传感器活化之后，所述包装或包装材料是否接触了潮湿或湿润的环境。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及时间和湿度传感器，所述传感器结合入商品的包装或包装 材料中，所述商品是例如电子产品、食品和易腐的产品。所述结合在包装 或包装材料内的时间和湿度传感器包括层状结构，其基于导电聚合物，其可 以表明在传感器活化之后，所述包装或包装材料是否接触了潮湿环境。
技术介绍
常规的易腐产品，例如医疗用品、药物、化妆品、化学品、食品和电 子器件都在严密密封的包装内提供，所述包装提供了封闭容器，任选地在其 中提供特殊的气氛以防发生污染和损害。这对于确保供应商规定的贮藏寿 命和质量是很重要的。人们已知可以使用各种对温度敏感的指示剂来监控高度易腐的产品的 贮藏，所述产品是例如食品、药品、生物材料、化学品、涂料组合物、粘 合剂、化妆品、食品添加剂、用于照相的材料、疫苗等。对于消费者、零 售批发商和产品生产者而言，能够通过例如电或光学手段，很容易地注意 到产品质量的任意变化或问题是至关重要的。现有的温度检测器主要显示产品的最高或最低贮藏温度，它们通常作 为自粘标签粘贴在产品包装(例如食品包装)上。WO 9602438中揭示了一种电化学传感器，其适合用来检测包装内的氧 气或其它分析物，例如二氧化碳、硫化氢、乙醇、烷基硫、酮、醛、酯、氨 或胺，而且该传感器适于在包装外部之上产生信号。具体来说，在预先形成 的孔处将传感器元件连接于不渗透性的包装材料，所述传感器元件包括基 材(例如聚合物材料、层叠体、金属化的膜、金属箔或蜡纸)、传感层(其可 为与所述传感层连接的电解质或导体，包含与所述包装的外部连通的导电 聚合物和电触点)。WO 2002058080揭示了一种由导电聚合物在衬底材料上形成的层状结 构。所述衬底材料具有一种性质，即在周围的环境发生变化的时候，例如 接触潮湿环境的时候，该衬底材料能够催化层状结构中的变化。所述衬底 材料在导电聚合物中引起去掺杂反应(dedoping reaction)。还提供了一个传 感器，其包括被所述结构的导电聚合物层短路的电器件。JP 1124755中描述了一种湿度传感器，其包括位于石英玻璃构成的基 材上的第一电极和第二电极。在电极上和电极之间的空间提供了由聚苯胺 等形成的湿敏膜。导电聚合物是通过掺杂合适的物质使之具有导电性的材料。在掺杂过 程中，电子受体和给体都与聚合物结构发生反应，制得高度导电性的衍生 物。与半导体类似地将这些反应称为"掺杂"，但是它们更接近固态化学反 应。另一种在聚合物中产生导电性的方法是掺混(blending)，在此方法中， 混合了导电聚合物或其它导电材料(例如金属)和绝缘材料。导电聚合物的电 性质可以在从绝缘体到金属导体的整个导电性范围内变化。导电聚合物的一个例子是聚苯胺(PANI),这是通过苯胺的化学或电化 学氧化聚合反应制得的合成有机聚合物。聚苯胺在处于其翠绿亚胺碱形式 的时候是半导体，但是如果用抗衡离子对其进行质子化或者掺杂，则可为 导电性的。根据以下文献的描述，人们注意到聚苯胺复合物在潮湿条件下 的一种普遍的导电性质，即电导率增大Nechtschein， M., Santier， C.， Travers, J.P., Chroboczek, J.， Alix， A.， Ripert， M" Synthetic Metals 18 (1987) 311-316， Javadi, H.H.S., Angelopoulos, M" MacDiarmid, A.G.， Epstein, A.J. Synthetic Metals 26 (1988) 1-8, Lubentsov, B.Z., Timofeeva, O.N., Khidekel, K丄" Synthetic Metals 45 (1991) 235-240。US 5,783,lll揭示了一些组合物，该组合物包含导电的聚苯胺和特别取 代的芳族化合物，所述芳族化合物同时与导电性聚苯胺的NH基团和六元环 形成氢键和环-环相互作用。导电性聚苯胺组合物表现出显著提高的可加工 性，它们与绝缘材料或半导体材料的掺混物表现出显著提高的电性质。以上现有技术的参考文献均未揭示使用导电聚合物的可逆反应的传感器o基于上述内容，人们显然需要一种时间和湿度或湿敏传感器，该传感 器能够很容易地结合入特定的产品包装材料中，从而避免粘贴标签的步骤, 而且提供导电聚合物的可逆反应。
技术实现思路
本专利技术的一个目标是提供一种新的时间和湿度敏感传感器，其能够很 容易地结合入产品的包装材料中。本专利技术的另一个目标是一种新的时间和湿度敏感传感器，其能够提供 导电聚合物的可逆反应。本专利技术的另一个目标是用来制造易于结合入包装材料中的时间和湿度 敏感传感器的方法。本专利技术的另一个目标是所述时间和湿度传感器在食品、电子器件和易 腐产品的包装或包装材料中用来在传感器活化之后、监控所述包装或包装 材料是否接触了湿气或潮湿环境的应用。本专利技术的另一个目标是一种用于食品、电子产品和易腐产品的包括所 述时间和湿度敏感传感器的包装和包装材料。在权利要求书中提供了所述时间和湿度敏感传感器、其制造方法、其 应用和包括所述传感器的包装和包装材料的技术特征。在本文中，所述时间和湿度敏感传感器表示所述传感器对潮湿、湿气 和任意形式的水蒸气敏感。本专利技术涉及新的时间和湿度敏感传感器，该传感器可以很容易地结合 入产品的包装或包装材料中，特别是结合入用于食品、电子产品和易腐产 品的包装材料中，其能够提供导电聚合物的可逆反应。本专利技术还涉及用来制造所述可以很容易地结合入产品的包装材料中的 时间和湿度敏感传感器的方法。本专利技术还涉及所述时间和湿度敏感传感器 在食品、电子产品和易腐产品的包装和包装材料中在所述传感器活化之后 对所述包装或包装材料是否接触了湿气或潮湿环境进行监控的应用。本发 明还涉及用于食品、电子产品和易腐产品的包括所述时间和湿度敏感传感 器的包装和包装材料。附图说明图l显示了根据本专利技术的时间和湿度传感器的大体结构。图2显示了在传感器未活化的时候(即用粘合塑料层保护的条件下)、以 及传感器活化之后，并且与潮湿条件(相对湿度约20%)接触0.5-24小时之后， 测得传感器的介电常数随频率的变化关系。图3-6为样品的UV-Vis光谱。图7显示了温度固定、不同相对湿度下样品的薄层电阻测量结果。 图8显示了相对湿度固定、温度变化条件下样品的薄层电阻测量结果。具体实施方式目前我们惊讶地发现，可通过根据本专利技术的时间和湿度敏感传感器避 免、或至少显著减少根据本领域现有技术的时间和湿度敏感传感器的相关 问题。下面讨论本专利技术的主要特征。根据本专利技术的传感器包含导电聚合物，例如聚苯胺(PANI)。聚苯胺在 其翠绿亚胺碱形式的情况下是半导体，但是如果用抗衡离子对其进行质子 化或者掺杂，则可变为导电性的，所述抗衡离子与所述聚苯胺主链的亚胺氮 原子结合。所述方法通常是可逆反应，即当失去抗衡离子的时候，电导率 会减小。所述电导率可使用对湿度敏感的抗衡离子进行控制。为了在活化之后 的任意阶段容易地显示是否传感器已经接触了潮湿环境，所采用的反应为 可逆反应是至关重要的。目前已经发现下式I所示的5-甲酰基-2-呋喃磺酸(FFSA)特别适合作为聚苯胺之类的导电聚合物的抗衡离子，其作为根据本专利技术的时间和湿度传 感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时间和湿度传感器，其特征是，其包括聚合物层、任选的基材层、任选的保护层和任选的至少一个电极，所述聚合物层包含导电聚合物和５－甲酰基－２－呋喃磺酸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：K莱赫蒂宁，T迈凯莱，M维尔克曼，
申请(专利权)人：芬兰国立技术研究中心，
类型：发明
国别省市：FI[芬兰]