一种柔性湿度传感器的制备方法及产品技术

本发明专利技术属于湿度传感器技术领域，并公开了一种柔性湿度传感器的制备方法及产品。其制备方法包括以下步骤：(1)光刻和显影；(2)去残胶及活化柔性基底，以增强基底的粘附性；(3)溅射制备金属电极，将所述活化的基底表面溅射一层金属电极材料，从而得到具有呈阵列排布的金属电极结构的基底；(4)生长超亲水湿敏层，在基底表面沉积一层Cu种子层，水平放置在NaOH和(NH4)2S2O8混合溶液中，以在Cu种子层上生长超亲水Cu(OH)2纳米线。本发明专利技术还公开了一种湿度传感器。本发明专利技术所制备的湿度传感器具备柔性和透明、延展性能好、响应快、湿滞小、灵敏度高、重复性好、性能稳定等特性，且制备工艺简单、便于操控、成本低。

The preparation method and product of a flexible humidity sensor

The invention belongs to the technical field of humidity sensor, and discloses a preparation method and a product of a flexible humidity sensor. The preparation method comprises the following steps: (1) photolithography and development; (2) deburring and activating flexible substrates to enhance the adhesion of substrates; (3) sputtering to prepare metal electrodes, sputtering the activated substrates with a layer of metal electrode materials, thereby obtaining a substrate with an array of metal electrode structures; (4) growing an ultra-hydrophilic humidity sensitive layer and depositing a layer of copper seeds on the substrates. A layer was placed horizontally in a mixture of NaOH and (NH4) 2S2O8 to grow superhydrophilic copper (OH) 2 nanowires on the seed layer of Cu. The invention also discloses a humidity sensor. The humidity sensor prepared by the invention has the characteristics of flexibility and transparency, good ductility, fast response, small hysteresis, high sensitivity, good repeatability and stable performance, and the preparation process is simple, easy to operate and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性湿度传感器的制备方法及产品
本专利技术属于湿度传感器
，更具体地，涉及一种柔性湿度传感器的制备方法及产品。
技术介绍
传感器技术是一项当今世界迅猛发展起来的高新技术之一，也是当代科学发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术一起构成信息产业的三大支柱。“没有传感技术就没有现代科学技术”的观点现在己为全世界所公认。科学技术越发达，自动化技术越高，对传感器依赖性就越大。所以，国内外都普遍重视和投入开发各类传感器以及传感技术。湿度传感器是现代传感技术发展方向之一。世界各国对湿度传感器的研究非常活跃，研究重点之一是开发新型湿度敏感元件，因为新型灵敏度高和适用范围广的湿度敏感元件是实现湿度传感器技术新突破的前提。而敏感元件的性能主要取决于两个重要因素，即构成元件的材料和制备元件的加工技术，因此应用新技术、新材料是研究开发新型湿度敏感元件的重要手段湿度传感器在农业生产、军事活动和气象预测等诸多领域有着广泛的应用。目前湿度传感器主要包含电学和光学两大类。其中，光学湿度传感器主要利用物理原理和材料的各种特性将带测量换成易处理量，从而以获取精度更高、微型化和智能化的湿度传感器，但是，这种集成光学湿度传感器仍然存在一些难以解决的问题，如湿度传感器的稳定性受装置物理尺寸极大，稳定性难以保证，且这一类光子晶体结构器件制备工艺复杂，不具有拉伸、弯曲等弹塑性形变的能力，环境适应性差；电学湿度传感器可靠稳定，制备工艺简单，但是电学湿度传感器目前存在响应速度较慢和精度不够高等缺点，同时，现有的电学湿度传感器也存在不具有拉伸、弯曲等弹塑性形变的能力，环境适应性差的缺点。专利
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种柔性湿度传感器的制备方法及产品，其目的在于通过对超亲水特性的Cu(OH)2纳米线的生长机理及作用进行研究并将其超亲水性和高稳定性的特性与呈阵列排布的金属电极和柔性PET膜结合并相应调整制备工艺方法，并通过采用磁控溅射的方式精确控制金属电极及Cu种子层的厚度，并采用原位溶液生长的方式使得Cu(OH)2纳米线分布均匀且形貌具有质量更高、更加致密、比表面积大的特点，从而使得所制备得到的湿度传感器具有柔性和透明、延展性能好、响应快、湿滞小、灵敏度高、重复性好、性能稳定等特性，且制备工艺简单、便于操控、成本低。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种柔性湿度传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：(1)光刻和显影在清洗干净后的透明玻璃基底上贴附柔性透明PET膜，在柔性透明PET膜的上表面旋涂一层光刻胶，然后在光刻胶上方设置带有阵列图形的掩膜板，光源的光线穿过掩膜板对光刻胶进行曝光，然后将光刻胶在对应的显影液中进行显影，则光刻胶被曝光部分会在柔性基底上留下并作为电极图形的待去除填充体；(2)去残胶及活化柔性基底采用等离子去胶机去除上述表面残留的未曝光的光刻胶，得到干净并被等离子体活化的基底表面，以增强基底的粘附性；(3)溅射制备金属电极将所述活化的基底表面溅射一层金属电极材料，然后将表面溅射有金属电极材料的基底放入到丙酮溶液以去除光刻胶以及光刻胶上的金属，从而得到具有呈阵列排布的金属电极结构的基底；(4)生长超亲水湿敏层在所述具有金属电极结构的基底表面沉积一层Cu种子层，然后水平放置在摩尔质量浓度配比为25:1～5:1的NaOH和(NH4)2S2O8混合溶液中，以在Cu种子层上生长超亲水Cu(OH)2纳米线，然后剥离玻璃基底进而制备得到柔性和透明、延展性好、响应速度低于1s的柔性湿度传感器。进一步的，步骤(1)中所选取的光刻胶所采用的前烘和后烘的参数不能高于所选择的柔性基底产生热变形的最低温度。进一步的，所述金属电极材料的厚度为0.005μm～0.05μm，优选的为0.02μm。进一步的，所述金属电极材料的材料为Ti、Cr和Co，优选的为Cr。进一步的，步骤(4)中所述生长溶液NaOH和(NH4)2S2O8的摩尔质量浓度配比为15:1。进一步的，步骤(4)中，采用磁控溅射法沉积Cu种子层，其中，Cu种子层的磁控溅射为直流模式或射频模式，功率为50W～500W，磁控溅射的真空度为0.1Pa～3Pa。进一步的，步骤(4)中所述Cu种子层的沉积厚度为0.025μm～1μm，优选为0.2μm。进一步的，步骤(4)中所述Cu(OH)2纳米线的生长时间为0.5min～60min。按照本专利技术的另一方面，提供了一种柔性湿度传感器，其特征在于，包括透明柔性的PET膜、呈阵列设置在所述PET膜表面的金属电极结构以及生长于所述PET膜表面和金属电极结构上的Cu(OH)2纳米线。作为进一步优选的，所述金属电极结构的厚度为0.005μm～0.05μm，优选的为0.02μm。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术通过对超亲水特性的Cu(OH)2纳米线的生长机理及作用进行研究并将其超亲水性和高稳定性的特性与呈阵列排布的金属电极和柔性PET膜结合并相应调整制备工艺方法，并通过采用磁控溅射的方式精确控制金属电极及Cu种子层的厚度，并采用原位生长的方式生长Cu(OH)2纳米线，使得所制备得到的湿度传感器的相应速度小于1s，具备具有柔性和延展性能好、响应快、湿滞小、灵敏度高、重复性好、性能稳定等特性，且制备工艺简单、便于操控、成本低。2.本专利技术通过对反应过程中的配料比、反应参数以及配置方法等方面进行设定，能够精确控制金属电极及Cu种子层的厚度，使得Cu(OH)2纳米线分布均匀且形貌具有质量更高、更加致密、比表面积大的特点，从而最终获得的湿度传感器在保证其导电性能和高响应速率、性能稳定等特性的条件下还具备较好的延展性能，以便适应各种复杂的工况环境。3.按照本专利技术的制备方法成本低、便于质量控制，并可用于大规模的工业化批量生产，能广泛的在农业生产、军事活动和气象预测等诸多领域应用。附图说明图1(a)-(i)为本专利技术涉及的一种柔性湿度传感器的制备流程图图2为本专利技术涉及的一种柔性湿度传感器的结构示意图；图3为本专利技术按照实施例1所制备的一种柔性湿度传感器的响应速度随湿度变化的曲线图；图4为本专利技术按照实施例2所制备的一种柔性湿度传感器的响应速度随湿度变化的曲线图；图5为本专利技术按照实施例3所制备的一种柔性湿度传感器的响应速度随湿度变化的曲线图；图6为本专利技术实施例1涉及的Cu(OH)2纳米线结构的扫描电子显微镜(SEM)表征图；图7为本专利技术实施例2涉及的Cu(OH)2纳米线结构的扫描电子显微镜(SEM)表征图；图8为本专利技术实施例3涉及的Cu(OH)2纳米线结构的扫描电子显微镜(SEM)表征图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的基本原理是：采用光刻和溅射工艺在PET膜上制备叉指金属电极结构，然后再次采用磁控溅射的方法在PET膜上溅射一层Cu种子层，之后再将其放置在生长溶液中，以在Cu种子层上生长超亲水Cu(OH)2纳米线，从而获得具有高响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性湿度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)光刻和显影在清洗干净后的透明玻璃基底上贴附柔性透明PET膜，在柔性透明PET膜的上表面旋涂一层光刻胶，然后在光刻胶上方设置带有阵列图形的掩膜板，光源的光线穿过掩膜板对光刻胶进行曝光，然后将光刻胶在对应的显影液中进行显影，则光刻胶被曝光部分会在柔性基底上留下并作为电极图形的待去除填充体；(2)去残胶及活化柔性基底采用等离子去胶机去除上述表面残留的未曝光的光刻胶，得到干净的并被等离子体活化的基底表面，以增强基底的粘附性；(3)溅射制备金属电极将所述活化的基底表面溅射一层金属电极材料，然后将表面溅射有金属电极材料的基底放入到丙酮溶液以去除光刻胶以及光刻胶上的金属，从而得到具有呈阵列排布的金属电极结构的基底；(4)生长超亲水湿敏层在所述具有金属电极结构的基底表面沉积一层Cu种子层，然后水平放置在摩尔质量浓度配比为25:1～5:1的NaOH和(NH4)2S2O8混合溶液中，以在Cu种子层上生长超亲水Cu(OH)2纳米线，然后剥离玻璃基底进而制备得到柔性和透明、延展性能好、响应快、性能稳定等特性柔性湿度传感器。

【技术特征摘要】
1.一种柔性湿度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)光刻和显影在清洗干净后的透明玻璃基底上贴附柔性透明PET膜，在柔性透明PET膜的上表面旋涂一层光刻胶，然后在光刻胶上方设置带有阵列图形的掩膜板，光源的光线穿过掩膜板对光刻胶进行曝光，然后将光刻胶在对应的显影液中进行显影，则光刻胶被曝光部分会在柔性基底上留下并作为电极图形的待去除填充体；(2)去残胶及活化柔性基底采用等离子去胶机去除上述表面残留的未曝光的光刻胶，得到干净的并被等离子体活化的基底表面，以增强基底的粘附性；(3)溅射制备金属电极将所述活化的基底表面溅射一层金属电极材料，然后将表面溅射有金属电极材料的基底放入到丙酮溶液以去除光刻胶以及光刻胶上的金属，从而得到具有呈阵列排布的金属电极结构的基底；(4)生长超亲水湿敏层在所述具有金属电极结构的基底表面沉积一层Cu种子层，然后水平放置在摩尔质量浓度配比为25:1～5:1的NaOH和(NH4)2S2O8混合溶液中，以在Cu种子层上生长超亲水Cu(OH)2纳米线，然后剥离玻璃基底进而制备得到柔性和透明、延展性能好、响应快、性能稳定等特性柔性湿度传感器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所选取的光刻胶所采用的前烘和后烘的参数不能高于所选择的柔性基底产生热变形的最低温度。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖广兰，方涵，林建斌，谭先华，史铁林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42