湿度传感器及湿敏材料制造技术

一种湿度传感器及湿敏材料，该湿度传感器包括衬底层、第一电极、第二电极及湿敏材料，所述第一电极及所述第二电极间隔地设置于所述衬底层上，所述湿敏材料填充于所述第一电极与所述第二电极之间，所述湿敏材料为气凝胶结构的湿敏材料。该湿度传感器具有较快的响应速度。

Humidity sensor and humidity sensitive material

【技术实现步骤摘要】
湿度传感器及湿敏材料
本技术涉及传感器
，尤其是一种湿度传感器及湿敏材料。
技术介绍
湿度传感器是工业生产及日常生活中较为重要的一种传感器。其重要结构为在两个电极之间设置湿敏材料，湿敏材料吸收水分后，其介电常数会发生变化，从而引起两个电极之间的电容值发生变化，由电容值的变化即可计算得出当前环境的湿度。依据上述的原理，水分子在湿敏材料中的渗透速度在很大程度上代表了湿度传感器的响应速度。当下制备湿度传感器的敏感材料主要包括无机陶瓷材料和高分子聚合物型的有机材料。对于陶瓷类湿敏材料而言，由于其表面对水分子有着强烈的化学吸附现象，需要加热到400℃以上才可以重复使用，加热步骤的存在大大提高了成本。对于高分子聚合物型湿敏材料而言，存在响应时间长，迟滞现象明显，不适用于高湿环境的缺点。但是许多领域对于湿度传感器有了更高的需求，例如肺病检测、呼吸检测以及大气湿度检测，这些领域要求对湿度进行实时检测，同时要求传感器的响应时间在几秒甚至1秒之内，而现阶段的湿度传感器由于湿敏材料性能限制很难达到这样的标准或者需要很高的成本才能达到。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种湿度传感器及湿敏材料，该湿度传感器具有较快的相应速度。本技术提供了一种湿度传感器，包括衬底层、第一电极、第二电极及湿敏材料，所述第一电极及所述第二电极间隔地设置于所述衬底层上，所述湿敏材料填充于所述第一电极与所述第二电极之间，所述湿敏材料为气凝胶结构的湿敏材料。进一步地，所述第一电极及所述第二电极位于同一平面上，所述湿敏材料设置于所述第一电极与所述第二电极之间。进一步地，所述第一电极及所述第二电极均为叉指电极，所述第一电极及所述第二电极上的叉指电极间隔且交错设置，所述湿敏材料设置于所述第一电极与所述第二电极的叉指电极之间。进一步地，所述第一电极与所述第二电极分层设置，从靠近所述衬底层的一侧至远离所述衬底层的一侧，所述第一电极、所述湿敏材料及所述第二电极依次层叠设置。进一步地，所述第二电极为叉指电极。进一步地，所述第二电极上形成有多个与所述湿敏材料连通的孔洞。进一步地，所述湿敏材料为氧化石墨烯气凝胶、聚亚酰胺气凝胶、二氧化硫气凝胶或聚苯胺气凝胶。本技术还提供了一种湿敏材料，所述湿敏材料具有气凝胶结构。进一步地，所述湿敏材料的孔洞率大于99％。进一步地，所述湿敏材料为氧化石墨烯气凝胶、聚亚酰胺气凝胶、二氧化硫气凝胶或聚苯胺气凝胶。综上所述，在本技术中，通过将湿敏材料设置为气凝胶结构，由于气凝胶结构是一种拥有高通透性的多分枝纳米多孔三位网络结构，其特点为拥有极高的孔洞率(大于99％)和高比表面积，因此，该结构可以极大的增强湿敏材料的比表面积，增大湿敏材料对水分子的吸附能力，另外，由于气凝胶结构拥有非常高的孔隙率，这又加快了水分子在湿敏材料内部的渗透速度，因此，具有气凝胶结构湿敏材料的湿度传感器能够具有较高的灵敏度，能够实现湿度的实时检测。上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1所示为本技术实施例提供的湿度传感器的截面结构示意图。图2所示为图1所示湿度传感器的俯视结构示意图。图3所示为本技术实施例提供的湿度传感器的截面结构示意图。图4所示为图3所示湿度传感器的俯视结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本技术为达成预定技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，详细说明如下。本技术提供了一种湿度传感器及湿敏材料。图1所示为本技术实施例提供的湿度传感器的截面结构示意图，图2所示为图1所示湿度传感器的俯视结构示意图。如图1至图2所示，本技术提供的湿度传感器包括衬底层10、第一电极21、第二电极22及湿敏材料30，第一电极21及第二电极22间隔设置地形成于衬底层10上，湿敏材料30填充于第一电极21及第二电极22之间，在本实施例中，湿敏材料30为气凝胶结构的湿敏材料30。在本实施例中，通过将湿敏材料30设置为气凝胶结构，由于气凝胶结构是一种拥有高通透性的多分枝纳米多孔三位网络结构，其特点为拥有极高的孔洞率(大于99％)和高比表面积，因此，该结构可以极大的增强湿敏材料30的比表面积，增大湿敏材料30对水分子的吸附能力，另外，由于气凝胶结构拥有非常高的孔隙率，这又加快了水分子在湿敏材料30内部的渗透速度，因此，具有气凝胶结构湿敏材料30的湿度传感器能够具有较高的灵敏度，能够实现湿度的实时检测。在本实施例中，第一电极21及第二电极22均位于同一平面上，湿敏材料30设置于第一电极21及第二电极22之间。为了能够进一步地增加湿度传感器的灵敏度，在本实施例中，第一电极21即第二电极22均为叉指电极，第一电极21及第二电极22上的叉指电极间隔且交错设置，湿敏材料30设置于第一电极21及第二电极22的叉指电极之间。进一步地，在本实施例中，湿敏材料30由氧化石墨烯气凝胶、聚亚酰胺气凝胶、二氧化硫气凝胶及聚苯胺气凝胶等气凝胶中的一种或多种气凝胶形成。第一电极21及第二电极22的材料可以为铝、镍、铜、金、银和铂中的一种或多种，其厚度可以为200-500nm。湿敏材料层的厚度可以为0.5～5um衬底层10可以由单层衬底组成，也可以由叠层衬底组成，第一电极21及第二电极22均形成于衬底层10上，衬底层10可以为塑料，玻璃等单一绝缘衬底，或者硅/二氧化硅及金属片/二氧化硅之类的叠层衬底。如在本实施例中，第一衬底层11为硅衬底层，第二衬底层12为二氧化硅衬底层。其中二氧化硅层起到绝缘层的作用，防止当衬底为金属或者半导体材料时，在其上制备的电极层与其形成通路。图3所示为本技术第二实施例提供的湿度传感器的截面结构示意图，图4所示为图3所示湿度传感器的俯视结构示意图。如图3及图4所示，本技术第二实施例提供的湿度传感器与第一实施例基本相同，其不同之处在于，在本实施例中，第一电极21及第二电极22分层设置，第一电极21形成于衬底层10上，第二电极22形成于第一电极21远离衬底层10的一侧，湿敏材料30形成于第一电极21与第二电极22之间，也即，从靠近衬底层10的一侧至远离衬底层10的一侧，第一电极21、湿敏材料30及第二电极22层依次叠设置。在本实施例中，为了便于水分子进入湿敏材料30内，第二电极22可以为叉指电极，湿敏材料30能够从第二电极22的叉指电极之间与空气接触。进一步地，在第二电极22上形成有多个与湿敏材料30连通的孔洞221，以进一步增加水分进入湿敏材料30的速度。优选地，第二电极22为网格状金属电极。综上所述，在本技术中，通过将湿敏材料30设置为气凝胶结构，由于气凝胶结构是一种拥有高通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种湿度传感器，其特征在于：包括衬底层、第一电极、第二电极及湿敏材料，所述第一电极及所述第二电极间隔地设置于所述衬底层上，所述湿敏材料填充于所述第一电极与所述第二电极之间，所述湿敏材料为气凝胶结构的湿敏材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种湿度传感器，其特征在于：包括衬底层、第一电极、第二电极及湿敏材料，所述第一电极及所述第二电极间隔地设置于所述衬底层上，所述湿敏材料填充于所述第一电极与所述第二电极之间，所述湿敏材料为气凝胶结构的湿敏材料。


2.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于：所述第一电极及所述第二电极位于同一平面上，所述湿敏材料设置于所述第一电极与所述第二电极之间。


3.如权利要求2所述的湿度传感器，其特征在于：所述第一电极及所述第二电极均为叉指电极，所述第一电极及所述第二电极上的叉指电极间隔且交错设置，所述湿敏材料设置于所述第一电极与所述第二电极的叉指电极之间。


4.如权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于：所述第一电极与所述第二电极分层设置，从靠近所述衬底层的一侧至远离所述衬底层的一侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雪，司俊杰，闫宇，陈颖，
申请(专利权)人：浙江清华柔性电子技术研究院，清华大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33