基于彩色喷墨打印的柔性湿度传感器制造技术

本发明专利技术揭示了一种基于彩色喷墨打印的柔性湿度传感器，在柔性薄膜上设置有湿度敏感材料和一对平行的电极，湿度敏感材料位于一对电极之间构成湿度敏感电阻，先在柔性薄膜上制备一对电极，然后再在制备有一对电极的柔性薄膜上喷墨打印湿度敏感材料，采用彩色喷墨打印机在柔性薄膜上打印湿度敏感材料，彩色喷墨打印机的多个墨盒中注入有不同的湿度敏感材料的溶液。溶液。

【技术实现步骤摘要】
基于彩色喷墨打印的柔性湿度传感器


[0001]本专利技术涉及一种基于彩色喷墨打印的柔性湿度传感器。

技术介绍

[0002]常规的湿度传感器分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。
[0003]湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。
[0004]湿度传感器的一个重要特性参数是湿度量程。湿度量程：它是指湿度传感器能够较精确测量的环境湿度的最大范围。
[0005]由于各种湿度传感器所使用的材料及依据的工作原理不同，其特性并不都能适用于0～100%RH的整个相对湿度范围，通常都具有一个较窄的适宜测量范围，超出其适宜测量范围后，其湿度测量误差会迅速变大，测量结果的可靠性迅速降低。实践中很难制造出具有较宽的有效感湿范围的湿度传感器。
[0006]更具体的
技术介绍
、专利技术原理，请参见我们的在先专利技术专利申请“宽测量范围的电阻型湿度传感器”，申请号为：CN202111158676X，在此不再详述；该在先专利技术专利申请所记载的内容以援引的方式视为本申请内容的一部分，保留将其部分或全部内容引入本申请的权利。
[0007]为了解决上述技术问题，现提出如下专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于彩色喷墨打印的柔性湿度传感器，所得到的湿度传感器是宽测量范围的电阻型湿度传感器，该柔性湿度传感器在保持准确度的同时，实现较宽的湿度测量范围，具备轻便、柔韧易弯曲,可大面积制作等优点，并且还能降低制造成本、降低湿度传感器的复杂度。实现本专利技术目的具体技术方案是：一种基于彩色喷墨打印的柔性湿度传感器，包括湿度敏感材料、柔性柔性薄膜、一对电极；湿度敏感材料基于彩色喷墨打印技术制作在柔性柔性薄膜上；一对电极同样也制备在柔性薄膜上。湿度敏感材料具有吸水特性，吸收环境空气中的水分导致电阻率随着含水率而变化。
[0009]为了实现宽范围的湿度测量范围，本专利技术所采取的核心技术手段为：通过彩色喷墨打印技术，使得在电极的长度方向上，湿度敏感材料的组分逐渐变化，呈现非均匀分布，使得湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化。
[0010]也可以是，通过彩色喷墨打印技术，使得在电极的长度方向上，湿度敏感材料的比
表面积逐渐变化，呈现非均匀分布，使得湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化。
[0011]也可以是，通过彩色喷墨打印技术，使得在电极的长度方向上，湿度敏感材料的纳米尺度尺寸逐渐变化，呈现非均匀分布，使得湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化。
[0012]也可以是，通过彩色喷墨打印技术，使得在电极的长度方向上，湿度敏感材料的微观结构逐渐变化，呈现非均匀性，使得湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化。
[0013]当然，也可以是，使得在电极的长度方向上，湿度敏感材料的组分、比表面积、纳米尺度尺寸、微观结构中的两项或更多项均逐渐变化，呈现非均匀性，使得湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化。
[0014]在电极的长度方向上，湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现逐渐变化，是指：若定义在柔性薄膜上的一对电极中任一电极的用于连接测量电路的引出端为近端，沿着电极远离近端的另一端为远端，则：由近端至远端，湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现逐渐变化。
[0015]在近端，可以选择湿度敏感材料使其该位置处敏感响应于低湿度的空气；在中间位置处的湿度敏感材料，则敏感响应于中等湿度的空气；在远端，则选择湿度敏感材料使其该位置处敏感响应于高湿度的空气。
[0016]更具体地说，在本专利技术中，在电极的长度方向上，即由近端至远端，湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现逐渐变化，使得：由近端至远端，不同位置处的湿度敏感材料敏感响应不同的环境湿度。
[0017]作为本领域的公知常识，湿度敏感型纳米材料，其组分的变化，或比表面积的变化，或纳米尺度尺寸的变化，或微观结构的变化，均会导致湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现出变化，进而敏感响应于不同湿度的空气。
[0018]当然，在本专利技术中的一些实施方式中，也可以设置在电极的长度方向上，即由近端至远端，即湿度敏感材料也可以明显地分为多段性质不同的区段，不同的区段具有不同的电阻率—湿度特征曲线。
[0019]然而，在上述情况中，并非除了上述位置x处之外的湿度敏感材料就不能响应环境湿度的变化，实际上也是会在一定程度上响应湿度变化的，只是感湿灵敏度相对较低或很低而已，因此，在整体上就表现为主要是位置x处的电阻能够灵敏地随湿度发生变化；当环境湿度发生明显改变时，就不再是上述位置x处的湿度敏感材料具有相对于该新的湿度的最佳感湿灵敏度，而是另一个位置x
’
处的的湿度敏感材料具有相对于该新的湿度的最佳感湿灵敏度。在这个状况下，位置x处的湿度敏感材料的电阻将由于超出其最佳感湿范围，其电阻随湿度的变化变得不再显著，在整体上就表现为主要是位置x
’
处的电阻灵敏地随湿度发生变化。
[0020]在具体实现时，为了实现不同位置处的湿度敏感材料敏感响应不同的环境湿度，可以使得沿着电极方向由近端至远端，湿度敏感材料的组分发生逐渐变化。
[0021]本专利技术的原理介绍如下：
采用某一湿度敏感材料制作的元件在其有效的感湿范围内，其电阻值敏感依赖于周围空气湿度。当湿度低于其有效的感湿范围时，其阻值迅速增加，趋近与绝缘材料；而当高于该范围时，其阻值变得很小。即，无论是环境湿度低于还是高于湿度敏感材料的有效感湿范围，湿度敏感材料的电阻值都难以反映环境湿度的变动。只有在湿度敏感材料的有效感湿范围内，其电阻值才能较为敏感地随环境湿度变化而发生明显变化。制造完毕的每一传感器，其测量范围通常都较窄，故应按照测量范围的要求，选用相应的量程。
[0022]比如，某些湿度传感器，其满足精度要求的适合的湿度测量范围（有效感湿范围）为10～30%RH，误差为
±
2%RH，超出10～30%RH这一范围，其湿度敏感材料的电阻值要么很大要么很小，很难准确反映出环境湿度；而另一些湿度传感器，则其适合的湿度测量范围（有效感湿范围）为30～55%RH，超出这一范围，其测量值也变得不可信；还有些湿度传感器，其有效感湿范围则为70～90%RH。
[0023]在本专利技术中，为了实现在电极的长度方向上，湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现逐渐变化，通过彩色喷墨打印技术，使得不同位置处的湿度敏感材料的组分和/或比表面积和/或纳米尺度尺寸和/或微观结构逐渐发生变化，使得在电极的长度方向上，不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于彩色喷墨打印的柔性湿度传感器，在柔性薄膜上设置有湿度敏感材料和一对平行的电极，湿度敏感材料位于一对电极之间构成湿度敏感电阻，其特征在于：在柔性薄膜上采用彩色喷墨打印机打印湿度敏感材料，彩色喷墨打印机的多个墨盒中注入有不同的湿度敏感材料的溶液，通过预先设计的彩色图像，使得在电极的长度方向上，湿度敏感材料的物理或化学的性质逐渐变化，呈现非均匀分布，使得：湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线在电极的长度方向上呈现逐渐变化，不同位置处的湿度敏感材料具有不同的最佳感湿灵敏度；所得到的柔性湿度传感器是宽测量范围的电阻型湿度传感器。2.如权利要求1所述的柔性湿度传感器，其特征在于：在电极的长度方向上，湿度敏感材料的物理或化学的性质逐渐变化，呈现非均匀分布，具体实现如下：在电极的长度方向上，不同位置处的湿度敏感材料的组分、比表面积、纳米尺度尺寸、微观结构中的一项或多项性质变化，呈现非均匀分布。3.如权利要求2所述的柔性湿度传感器，其特征在于：采用彩色喷墨打印机在柔性薄膜上打印湿度敏感材料，彩色喷墨打印机的多个墨盒中注入有不同的湿度敏感材料的溶液，具体指不同的墨盒中的湿度敏感材料的组分、比表面积、纳米尺度尺寸、微观结构中的一项或多项性质不同；优选地，彩色喷墨打印采用连续供墨系统。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的柔性湿度传感器，其特征在于：柔性薄膜的材质为聚乙烯醇(PVA)、聚酯(PET)、聚酰亚胺(PI)、聚萘二甲酯乙二醇酯(PEN)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中任意一种。5.如权利要求4所述的柔性湿度传感器，其特征在于：沿着电极的长度方向上，湿度敏感材料的电阻率—湿度特征曲线呈现逐渐变化，是指：定义在柔性薄膜上的一对电极中任一电极的用于连接测量电路的引出端为近端，沿着电极远离近端的另一端为远端，沿电极方向电极上任意一点距离近端的长度为，则点处的湿度敏感材料的表面电阻率—湿度函数，表面电阻率随湿度变化的偏导函数表示点x处的表面电阻率随湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志亮，刘岩，豆飞娟，张洁，陈旭，朱鸿章，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：