一种高灵敏度非接触式湿度传感器和CNT-SNC分散液的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏度非接触式湿度传感器和CNT

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏度非接触式湿度传感器和CNT
‑
SNC分散液的制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器的
，尤其涉及一种高灵敏度非接触式湿度传感器和CNT
‑
SNC分散液的制备方法。

技术介绍

[0002]人类的生存和社会活动与湿度密切相关，湿度测量在环境监测、人体生理活动、精密仪器维护和食品安全等领域发挥着重要作用。作为一种湿度检测设备，湿度传感器因其在可穿戴设备、电子皮肤、非接触式控制系统、智能健康监测等领域的广泛应用而受到广泛关注。其中，与接触式传感器如应变传感器、温度传感器、压力传感器等相比，湿度传感器可以通过非接触的方式感知周围环境的湿度变化。结合人体湿度相关行为(呼吸、皮肤湿度场)，湿度传感器可以实现人机交互中的非接触式传感应用，进而有效避免机械接触磨损和病菌交叉感染风险。
[0003]在众多湿度传感器类型中，电阻型湿度传感器是一种将湿度变化转化成电阻变化的转换器，性能稳定、构造简单、使用寿命长。近年来，许多电阻型湿度传感器被开发利用，但是普遍存在响应速度慢、灵敏度和检测范围有待进一步提高等问题。特别地，随着智能技术、物联网和人机交互的快速发展，对湿度传感器的兼容性、集成性和稳定性提出了更高的要求。因此，设计开发具有高灵敏度、集成度、兼容性和稳定性的湿度传感器对于非接触式人机交互应用具有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种高灵敏度非接触式湿度传感器及其制备方法和应用，以开发具有高灵敏度、集成度、兼容性和稳定性的湿度传感器。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术目的之一提供了一种CNT
‑
SNC分散液的制备方法，包括以下步骤：将硫酸化纤维素加入水中剪切分散获得硫酸化纳米纤维素水分散液，随后加入碳纳米管粉末，经超声分散获得CNT
‑
SNC分散液。
[0006]作为优选方案，所述硫酸化纳米纤维素水分散液中硫酸化纳米纤维素的质量分数为0.25wt％
‑
1wt％。
[0007]作为优选方案，所述硫酸化纳米纤维素与碳纳米管的质量比为1：(0.5
‑
2)。
[0008]作为优选方案，所述硫酸化纤维素的制备方法为：将纤维素原料加入溶解有氨基磺酸的DMF溶液中，在70
‑
90℃温度下反应2h
‑
4h后，使反应物从反应液中分离得到硫酸化纤维素。
[0009]作为优选方案，所述纤维素原料为松木浆、蔗渣浆、棉短绒、细菌纤维素、微晶纤维素中的一种或多种。
[0010]作为优选方案，所述剪切时间为20min
‑
40min。
[0011]作为优选方案，所述超声功率为300W
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800W，所述超声时间为20min
‑
40min。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术目的之二提供了一种高灵敏非接触式湿度传感器，包括基底、CNT
‑
SNC湿敏层和导线，所述CNT
‑
SNC湿敏层通过CTN
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SNC分散液设置在基底上，所述导线接触设置于CTN
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SNC湿敏层的两端以闭环连接电阻测试装置和/或电源。
[0013]作为优选方案，所述基底包括玻璃、纸张、PET膜或物织。
[0014]作为优选方案，所述电阻测试装置为电化学工作站或数字万用表。
[0015]作为优选方案，所述导线为铜线、银线或铝线，直径为0.2mm
‑
2mm。
[0016]作为优选方案，所述CTN
‑
SNC分散液通过喷涂、旋涂、滴涂、丝网印刷或喷墨印刷的方式在基底上形成CNT
‑
SNC湿敏层。
[0017]作为优选方案，所述CNT
‑
SNC湿敏层的厚度为0.02μm
‑
20μm。
[0018]作为优选方案，所述高灵敏度湿度传感器在非接触式传感应用时的湿度变化来源包括人体皮肤。
[0019]相比于现有技术，本专利技术实施例具有如下有益效果：
[0020]1、本专利技术使用CNT
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SNC湿敏层构建湿度传感器，具有大比表面积、大量羟基和硫酸根亲水基团的SNC极易捕获水分子，吸收水分子后的SNC体积发生膨胀，改变了CNT
‑
SNC湿敏层中的CNT导电网络，并体现为相对电阻的增加，结合人体皮肤湿度场释放的水分子，实现高灵敏度湿度传感器非接触式传感应用，具有出色的响应距离和响应信号强度。
[0021]2、本申请使用天然高分子材料纳米纤维素作为碳纳米管的水系分散剂和绿色粘接剂，在CNT
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SNC湿敏层制备过程中无需添加有机溶剂和石油基粘接剂，同时因其优异的导电性，CNT
‑
SNC湿敏层在构建湿度传感器过程中无需配置导电衬底和电极。
[0022]3、基于SNC良好的两亲性以及成膜性，CNT
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SNC分散液在不同基材表面均具有良好的附着性和导电涂层机械稳定性，这为湿度传感器的复杂场景广泛适用性以及使用寿命提供保障。同时，CNT
‑
SNC分散液可以广泛适用于各种印刷方式，绿色无毒，固化条件温和且成本低廉。
附图说明
[0023]图1：为本专利技术高灵敏非接触式湿度传感器在基于人体手指进行非接触式传感应用的示意图；
[0024]图2：为本专利技术实施例1中高灵敏非接触式湿度传感器与人体手指在不同距离对应的电阻变化图；
[0025]图3：为本专利技术实施例1和3中高灵敏非接触式湿度传感器经反复弯曲后的电阻变化率结果。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本专利技术利用硫酸化纳米纤维素(SNC)作为分散剂非共价分散碳纳米管(CNT)，制备CNT
‑
SNC分散液，由于没有经过化学预处理的松木浆难以进行纳米化制成纳米纤维素，并且
表面没有带电基团的纳米纤维素也无法均匀稳定分散CNT。本申请采用氨基磺酸对松木浆进行化学预处理，并引入亲水的硫酸根负电基团，有助于松木浆的纳米化过程以及CNT的均匀稳定分散。基于CNT
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SNC分散液在基底上形成的CNT
‑
SNC湿敏层，具有大比表面积、大量羟基和硫酸根亲水基团的SNC极易捕获水分子，吸收水分子后的SNC体积发生膨胀，改变了CNT
‑
SNC湿敏层中的CNT导电网络，并体现为相对电阻的增加，构建高灵敏度的湿度传感器，结合人体手指表面湿度场，可以实现湿度传感器在人机交互中的非接触式传感应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CNT
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SNC分散液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硫酸化纤维素加入水中剪切分散获得硫酸化纳米纤维素水分散液，随后加入碳纳米管粉末，经超声分散获得CNT
‑
SNC分散液。2.如权利要求1所述的一种CNT
‑
SNC分散液的制备方法，其特征在于，所述硫酸化纳米纤维素水分散液中硫酸化纳米纤维素的质量分数为0.25wt％
‑
1wt％，所述硫酸化纳米纤维素与碳纳米管的质量比为1：(0.5
‑
2)。3.如权利要求1所述的一种CNT
‑
SNC分散液的制备方法，其特征在于，所述硫酸化纤维素的制备方法为：将纤维素原料加入溶解有氨基磺酸的DMF溶液中，在70
‑
90℃温度下反应2h
‑
4h后，使反应物从反应液中分离得到硫酸化纤维素。4.如权利要求1所述的一种CNT
‑
SNC分散液的制备方法，其特征在于，所述纤维素原料为松木浆、蔗渣浆、棉短绒、细菌纤维素、微晶纤维素中的一种或多种。5.如权利要求1所述的一种CNT
‑
SNC分散液的制备方法，其特征在于，所述剪切时间为20min
‑
40min，所述超声功率为300W
‑
80...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈之善，冯晓，侯文俊，陈怡安，吴燕如，
申请(专利权)人：清远高新华园科技协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：