一种能够快速、准确检测环境湿度的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，该装置为湿度传感器，所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极；所述敏感材料层包括设于陶瓷管表面的敏感材料Ⅰ、设于敏感材料Ⅰ表面的敏感材料Ⅱ，所述敏感材料Ⅰ为ZnO纳米颗粒，所述敏感材料Ⅱ为Fe2O3/石墨烯纳米纤维。

【技术实现步骤摘要】
一种能够快速、准确检测环境湿度的装置
本专利技术涉及湿度检测
，尤其涉及一种能够快速、准确检测环境湿度的装置。
技术介绍
传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换为可用输出信号的器件或装置。现如今，传感器在人类的生活中的地位已经毋庸置疑，酒精测量仪、烟感器、火灾探测器、易燃易爆气体检测器等都是广泛使用的传感器，其中，湿度传感器也已经广泛应用到日常生活中。然而，在现有应用中的湿度传感器，其一直存在相对湿度检测范围及温度适用范围窄、灵敏度低等问题，湿度传感器性能的高低取决于湿敏材料，因此，选择优化湿敏材料是湿度传感器研究中的重要内容。TiO2系材料具有优良的湿敏性能，其湿敏性能的研究也一直广受关注。氧化钛系材料的形貌可控，可生成纳米颗粒、纳米棒或多孔结构，但是，纯相TiO2电阻高、灵敏度低、响应恢复迟缓，需要外加热源且需要长时间响应，从而使其在湿度传感器中的应用受到限制。因此，对具有低电阻、高灵敏性、更快响应恢复时间的TiO2系湿度传感器的研究具有重要现实意义。
技术实现思路
基于上述技术问题，本专利技术旨在提供一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，以解决上述提出问题。本专利技术的实施例中提供了一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极；所述敏感材料层包括设于陶瓷管表面的敏感材料Ⅰ、设于敏感材料Ⅰ表面的敏感材料Ⅱ，所述敏感材料Ⅰ为ZnO纳米颗粒，所述敏感材料Ⅱ为Fe2O3/石墨烯纳米纤维。本专利技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术的装置为湿度传感器，该传感器中敏感材料层对湿度具有良好的检测功能。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例中所述装置的结构示意图。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。本专利技术的实施例涉及一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，结合图1，所述装置为湿度传感器，所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管22、涂覆在陶瓷管22表面的敏感材料层23、穿过陶瓷管22的加热线圈24，在陶瓷管22两端设有金电极21，每个金电极21上连接有两根铂丝25引脚。所述敏感材料层23包括设于陶瓷管表面的敏感材料Ⅰ、设于敏感材料Ⅰ表面的敏感材料Ⅱ；其中，所述敏感材料Ⅰ为ZnO纳米颗粒，所述敏感材料Ⅱ为Fe2O3/石墨烯纳米纤维，具体的，该敏感材料Ⅰ厚度为0.5mm，该敏感材料Ⅱ厚度为0.7mm。上述敏感材料层中，首先在陶瓷管表面设有ZnO纳米颗粒，然后在ZnO纳米颗粒表面设有Fe2O3/石墨烯纳米纤维，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维是通过静电纺丝法制备的。在上述双层结构中，下层的ZnO纳米颗粒表现为致密结构，上层的Fe2O3/石墨烯纳米纤维表现为疏松多孔结构，这样，有利于环境中水汽扩散进Fe2O3/石墨烯纳米纤维，进而，该水汽能够进一步接触ZnO纳米颗粒，即，通过该种结构设置，取得了意料不到的技术效果，能够增大水汽与敏感材料的充分接触，增大湿度传感器的灵敏度；在另一方面，通过烧结，该ZnO纳米颗粒与陶瓷管表面接触紧密，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维与ZnO纳米颗粒接触紧密，从而使得该敏感材料层的稳定性增强，不易脱落。此外，对比发现，在敏感材料Ⅰ、敏感材料Ⅱ的厚度分别为0.5mm、0.7mm的条件下，该湿度传感器具有较高的灵敏度，而将该厚度变化后，其灵敏度下降，说明在所述厚度条件下，该敏感材料取得了意料不到的技术效果。上述所述敏感材料层中，所述敏感材料Ⅰ为ZnO纳米颗粒，所述ZnO纳米颗粒粒径为10nm。ZnO纳米材料是一种用途广泛的半导体材料，其在传感器方面，具有耐高温、对各种气体和湿度较敏感的优点，使用广泛。然而，单独使用ZnO纳米材料作为敏感材料，存在各种缺点，目前，对ZnO基气体传感器的研究主要采取纳米结构控制、掺杂、复合等方式来提高性能。本专利技术技术方案中，将该ZnO纳米颗粒与Fe2O3/石墨烯纳米纤维复合使用，在提高湿敏性能方面产生积极效果。同时，该ZnO纳米颗粒通过水热法制备，通过控制ZnO纳米颗粒粒径为10nm，对于湿度传感器的灵敏度起到意料不到的积极效果。上述所述敏感材料层中，所述敏感材料Ⅱ为Fe2O3/石墨烯纳米纤维，所述Fe2O3/石墨烯纳米纤维采用静电纺丝法制备，其平均直径为400nm，Fe2O3与石墨烯的质量比为9:2。静电纺丝是一种制备纳米材料的简便方法，而目前关于湿度传感器的技术方案中，采用静电纺丝法制备敏感材料的技术方案不多。本专利技术技术方案中，将静电纺丝法制备的Fe2O3/石墨烯纳米纤维与ZnO纳米颗粒复合使用，如上所述，在提高湿敏性能方面产生积极效果；同时，在另一方面，该Fe2O3/石墨烯纳米纤维中，通过石墨烯的掺杂，使得该纳米纤维的导电性增加。本专利技术所述ZnO纳米颗粒的制备过程为：步骤1，向92ml异丙醇溶液中加入0.1mmol乙酸锌，然后在55℃条件下超声振荡2h，使乙酸锌溶解充分，随后将该溶液迅速转移至0℃环境中静置；步骤2，量取8ml0.02M的氢氧化钠溶液，逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，超声振荡3h，得到透明的ZnO溶胶；步骤3，将上述ZnO溶胶旋涂在陶瓷管表面，在转速为1000r/min下，匀胶18s，每次旋涂后，将陶瓷管在220℃下热处理12min，重复数次，得到合适厚度的ZnO纳米颗粒。本专利技术所述Fe2O3/石墨烯纳米纤维的制备过程为：步骤1，配置8.7wt.％质量含量的聚乙烯醇水溶液50ml，然后向聚乙烯醇水溶液中加入2.7g硝酸铁和0.6g石墨烯，继续搅拌4h，得混合溶液a；步骤2，将上述混合溶液a装入喷丝管中，使用铜丝作为正极，铝箔作为接收板的负极，进行静电纺丝时所施加的电压为18kV，喷丝头与接收板之间的距离为21.7cm，进行静电纺丝，得到复合纤维，将所得复合纤维纤维放入真空干燥箱内烘干备用；步骤3，将上述烘干的复合纤维放入研钵中，滴加少量的去离子水，研磨1h后，得到浆状物，将该浆状物涂覆在陶瓷管ZnO纳米颗粒表面，然后将该陶瓷管放到高温电阻炉中在空气气氛下烧结，在800℃下煅烧5h，以去除高分子聚乙烯醇，自然冷却，在陶瓷管ZnO纳米颗粒表面得到Fe2O3/石墨烯纳米纤维。然后在陶瓷管上制作加热线圈和金电极，得到本专利技术所述湿度传感器。实施例一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，所述装置为湿度传感器，所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管22、涂覆在陶瓷管22表面的敏感材料层23、穿过陶瓷管22的加热线圈24，在陶瓷管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，该装置为湿度传感器，所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极；其特征在于，所述敏感材料层包括设于陶瓷管表面的敏感材料Ⅰ、设于敏感材料Ⅰ表面的敏感材料Ⅱ，所述敏感材料Ⅰ为ZnO纳米颗粒，所述敏感材料Ⅱ为Fe2O3/石墨烯纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，该装置为湿度传感器，所述湿度传感器为旁热式结构，包括：氧化铝陶瓷管、涂覆在陶瓷管表面的敏感材料层、穿过陶瓷管的加热线圈，在陶瓷管两端设有金电极；其特征在于，所述敏感材料层包括设于陶瓷管表面的敏感材料Ⅰ、设于敏感材料Ⅰ表面的敏感材料Ⅱ，所述敏感材料Ⅰ为ZnO纳米颗粒，所述敏感材料Ⅱ为Fe2O3/石墨烯纳米纤维。2.根据权利要求1所述的一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，其特征在于，所述敏感材料Ⅰ为ZnO纳米颗粒，所述ZnO纳米颗粒粒径为10nm，厚度为0.5～0.7mm。3.根据权利要求2所述的一种能够快速、准确检测环境湿度的装置，其特征在于，所述敏感材料Ⅰ的制备过程为：步骤1，向92ml异丙醇溶液中加入0.1mmol乙酸锌，然后在55℃条件下超声振荡2h，使乙酸锌溶解充分，随后将该溶液迅速转移至0℃环境中静置；步骤2，量取8ml0.02M的氢氧化钠溶液，逐滴加入到上述乙酸锌溶液中，超声振荡3h，得到透明的ZnO溶胶；步骤3，将上述ZnO溶胶旋涂在陶瓷管表面，在转速为1000r/min下，匀胶18s，每次旋涂后，将陶瓷管在220℃下热处理12min，重复数次，得到合适厚度的ZnO纳米颗粒。4.根据权利要求1所述的一种能够快速...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘柏霖，
申请(专利权)人：潘柏霖，
类型：发明
国别省市：广西,45