一种湿度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术属于传感器技术领域，具体涉及一种湿度传感器及其制备方法。本发明专利技术提供了一种湿度传感器，包括依次层叠设置的聚合物纳米纤维基板、电极层和湿度感应层；所述聚合物纳米纤维基板的制备原料包括热塑性弹性体；所述聚合物纳米纤维基板的孔隙率为10～50％。本发明专利技术提供的湿度传感器具有优异的透气性；且对湿度的响应/恢复时间快、湿度响应值高。湿度响应值高。湿度响应值高。

【技术实现步骤摘要】
一种湿度传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于传感器
，具体涉及一种湿度传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]湿度传感器作为可穿戴式电子器件，在人类健康状况评估、情感分析、运动、安全生产等领域应用潜力巨大。目前，大多数湿度传感器制备工艺是以较厚的聚合物(例如PDMS、PET或PI)作为基板，依次在基板上制备电极层和敏感层，即得到湿度传感器。但这些较厚的聚合物材料缺乏透气性，不利于汗液等人体皮肤分泌物的挥发，长时间贴合人体皮肤进行健康监测，容易造成皮肤刺激，甚至过敏。同时，这些器件尺寸较大、体积笨重，严重降低了穿戴的舒适性。因此，需要研发具有超薄、透气且舒适特性的湿度传感器。
[0003]韩国大邱庆北科学技术学院的WooseongJeong等人(ACSAppl.Mater.Interfaces2019,11,44758
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44763)提出了使用静电纺丝工艺制备超薄、透气的聚乙烯醇纳米线基板，然后在基板上蒸镀金电极即得到湿度传感器。利用聚乙烯醇纳米线基板对水分子的敏感性实现了对湿度的实时监测。但是，由于聚乙烯醇纳米线基板的吸水
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脱水速度较慢、吸水率较低，导致器件的响应/恢复时间较慢(148s/110s)、湿度响应值较低(<30％)。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种湿度传感器及其制备方法，本专利技术提供的湿度传感器具有优异的透气性，且对湿度的响应/恢复时间快、湿度响应值高。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种湿度传感器，包括依次层叠设置的聚合物纳米纤维基板、电极层和湿度感应层；
[0007]所述聚合物纳米纤维基板的制备原料包括热塑性弹性体；
[0008]所述聚合物纳米纤维基板的孔隙率为10～50％。
[0009]优选地，所述聚合物纳米纤维基板的厚度为10～50μm。
[0010]优选地，所述电极层的厚度为0.1～1.0μm；
[0011]所述湿度感应层的厚度为1～5μm。
[0012]优选地，所述电极层包括叉指电极层；
[0013]所述电极层的材料包括导电金属、一维导电材料和二维导电材料中的一种或多种。
[0014]优选地，所述湿度感应层的材料包括氧化石墨烯、多层MXenes、经聚多巴胺增加亲水性的改性多层MXenes和聚乙烯醇中的一种或几种。
[0015]本专利技术还提供了上述技术方案所述湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0016]在所述聚合物纳米纤维基板的表面依次制备电极层和湿度感应层，得到所述湿度传感器。
[0017]优选地，所述聚合物纳米纤维基板的制备包括以下步骤：
[0018]将聚合物溶液进行静电纺丝，得到的薄膜经压制处理，得到所述聚合物纳米纤维基板。
[0019]优选地，所述聚合物溶液中的聚合物包括热塑性弹性体；
[0020]所述聚合物溶液中聚合物的质量浓度为12～18％。
[0021]优选地，所述静电纺丝的工艺参数为：温度为20～30℃，湿度为30～50％RH，针头直径为20～27G，纺丝电压为12～16kV，给液速度为0.2～0.6mL/h，针头与接收滚筒间的距离为10～15cm。
[0022]优选地，所述压制处理的温度为100～150℃，压力为30～80KPa。
[0023]本专利技术提供了一种湿度传感器，包括依次层叠设置的聚合物纳米纤维基板、电极层和湿度感应层；所述聚合物纳米纤维基板的制备原料包括热塑性弹性体；所述聚合物纳米纤维基板的孔隙率为10～50％。本专利技术采用聚合物纳米纤维基板作为传感器的基底，使得传感器具有优异的透气性；以热塑性弹性体为原料，能够在一定温度进行热压融合，提高聚合物纳米纤维基板的机械强度，增加后续制备电极层时电极的连续性，进而提高电极的导电性。本专利技术的湿度传感器具有较快的响应恢复时间以及高响应值可归因于：首先，采用的湿敏材料的表面具有大量羟基官能团，可快速吸附
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释放环境中的水分子，因此响应/恢复时间较短。其次，由于叉指电极的存在，一方面降低了湿敏材料厚度，另一方面提高了水分子吸附
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释放过程中湿敏材料电阻变化值。
附图说明
[0024]图1为实施例1的工艺流程图，其中101
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静电纺丝得到的薄膜，102
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聚合物纳米纤维基板，103
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银叉指电极层，104
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湿度感应层；
[0025]图2为实施例1得到的湿度传感器在不同湿度下电阻值的测试曲线；
[0026]图3为实施例1以及对比例1～3得到的湿度传感器的透气性测试曲线；
[0027]图4为实施例1得到的湿度传感器截面的SEM图；
[0028]图5为实施例1得到的湿度传感器的湿度响应/恢复时间的曲线。
具体实施方式
[0029]本专利技术提供了一种湿度传感器，包括依次层叠设置的聚合物纳米纤维基板、电极层和湿度感应层；
[0030]所述聚合物纳米纤维基板的制备原料包括热塑性弹性体；
[0031]所述聚合物纳米纤维基板的孔隙率为10～50％。
[0032]在本专利技术中，所述聚合物纳米纤维基板的制备原料包括热塑性弹性体。在本专利技术中，所述热塑性弹性体优选包括苯乙烯类热塑性弹性体、烯烃类热塑性弹性体、双烯类热塑性弹性体、氯乙烯类热塑性弹性体、氨酯类热塑性弹性体、酯类热塑性弹性体、酰胺类热塑性弹性体、有机氟类热塑性弹性体和有机硅类热塑性弹性体中的一种或几种；所述苯乙烯类热塑性弹性体优选包括SBS、SIS、SEBS和SEPS中的一种或几种；所述烯烃类热塑性弹性体优选包括TPO和/或TPV；所述双烯类热塑性弹性体优选包括TPB和/或TPI；所述氯乙烯类热塑性弹性体优选包括TPVC和/或TCPE；所述氨酯类热塑性弹性体优选包括TPU；所述酯类热
塑性弹性体优选包括TPEE；所述酰胺类热塑性弹性体优选包括TPAE；所述有机氟类热塑性弹性体优选为TPF。
[0033]在本专利技术中，所述聚合物纳米纤维基板的孔隙率为10～50％，进一步优选为20％；所述聚合物纳米纤维基板的孔径优选为0.1～2.0μm。
[0034]在本专利技术中，所述聚合物纳米纤维基板的厚度优选为10～50μm。
[0035]在本专利技术中，所述电极层优选包括叉指电极层；所述电极层的材料优选包括导电金属、一维导电材料和二维导电材料中的一种或多种。在本专利技术中，所述电极层的厚度优选为0.1～1.0μm。
[0036]在本专利技术中，所述导电金属优选为钼、铝、银或金，所述一维导电材料优选为银纳米线或碳纳米管，所述二维导电材料优选为石墨烯或少层MXenes。
[0037]在本专利技术中，所述湿度感应层的材料优选包括氧化石墨烯、多层MXenes或经聚多巴胺增加亲水性的改性多层MXenes(聚多巴胺改性的多层MX本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种湿度传感器，其特征在于，包括依次层叠设置的聚合物纳米纤维基板、电极层和湿度感应层；所述聚合物纳米纤维基板的制备原料包括热塑性弹性体；所述聚合物纳米纤维基板的孔隙率为10～50％。2.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述聚合物纳米纤维基板的厚度为10～50μm。3.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述电极层的厚度为0.1～1.0μm；所述湿度感应层的厚度为1～5μm。4.根据权利要求1或3所述的湿度传感器，其特征在于，所述电极层包括叉指电极层；所述电极层的材料包括导电金属、一维导电材料和二维导电材料中的一种或多种。5.根据权利要求1或3所述的湿度传感器，其特征在于，所述湿度感应层的材料包括氧化石墨烯、多层MXenes、经聚多巴胺增加亲水性的改性多层MXenes和聚乙烯醇中的一种或几种。6.权利要求1～5任一项所述湿度传感器的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，李痛快，原理，赵婷婷，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：