【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性传感器制备，涉及一种电容式液态金属基湿度传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近期，柔性湿度传感器在人类健康检测、植物健康管理和非接触式人机界面的应用方面取得了巨大的发展。柔性电容式湿度传感器因其可靠的湿度传感性能、低功耗和结构设计简便而备受关注。一般来说，电容式湿度传感器的性能与电极之间的功能纳米材料介电常数密切相关。
2、到目前为止，已经研究了各种活性材料作为柔性电容式湿度传感器，如碳材料、纤维素纸、金属氧化物、金属硫化物和导电聚合物。它们通常具有高亲水性、大的暴露表面积和丰富的与水分子相互作用的活性位点。
3、ga2o3作为一种潜在的金属氧化物，具有较好的化学和热稳定性，已被证明可用作湿度传感器的活性材料。目前，基于ga2o3的湿度传感器的制造技术主要包括化学气相沉积、气液固生长机制、热处理和水热法等。例如，c.g.hou等人以金属镓和氧气为原材料，采用化学气相沉积的方法合成单晶ga2o3纳米带。制备过程包括：首先，在氧化铝基板上放置高纯度的镓颗粒。其次，将整体放置于石英管中，缓慢加热到生长温度1000℃。随后保持一段时间后，自然冷却到室温。一般认为金属镓与氧在高温下具有较好的结合能力，所以，ga2o3的制备通常需要在高温情况下进行。此外，y.m.juan等人通过加热氮化镓/蓝宝石模板，采用气液固机制合成了ga2o3纳米线。其具体的操作过程包括：(1)将氮化镓/蓝宝石浸在稀释的盐酸-水溶液，以去除表面的天然氧化层并用氩气进行净化。(2)高温生长ga2o3纳米线。炉内温度以30℃
4、为此，本专利技术提出由包裹氧化物的液态金属纳米颗粒构成传感层，利用氧化物实现响应湿度变化的主动传感。另外，本专利技术采用一步激光直写技术制备电容式液态金属基湿度传感器。该制备过程操作简单、能耗小、节能减排、绿色环保，并且湿度传感器具有较好的响应时间与恢复特性。由于紫外激光的光热效应，包裹氧化物的液态金属纳米颗粒可以选择性被烧结，并由绝缘线转化为导电线，其电阻率为0.15-0.19ω·cm，而未处理区域则是响应湿度变化的主动传感层。在95％rh下，湿度传感器表现出高度稳定的性能、快速响应和恢复时间。利用这些优越的性能，本专利技术湿度传感器能够监测人体呼吸频率，以及不同生理状态下的手掌皮肤湿度，用于医疗保健监测。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是针对现有技术的不足，提出一种电容式液态金属基湿度传感器的制备方法，用于提高柔性电子器件导电性的方法。
2、本专利技术的技术方案具体如下：
3、步骤s1：室温下，将液态金属分散在乙醇分散液中进行超声处理充分分散，同时液态金属发生氧化，得到直径为100nm～300nm的液态金属纳米颗粒乙醇分散液；所述液态金属纳米颗粒为液态金属外层被其氧化物包裹的颗粒。
4、作为优选，所述液态金属与乙醇分散液的质量体积比为：150mg～250mg：10ml～15ml。
5、作为优选，所述乙醇分散液采用体积含量为99％的乙醇溶液。
6、作为优选，所述超声处理的功率为15w～30w，超声处理时间为10min～30min。
7、作为优选，所述液态金属为镓铟合金，所述镓铟合金中ga与in的重量比为75∶25。
8、步骤s2：将聚酰亚胺薄膜作为柔性基底，并置于60℃～80℃的加热台上；然后将液态金属纳米颗粒分散液均匀滴到聚酰亚胺基底上表面，待液态金属纳米颗粒分散液中乙醇挥发后，留下液态金属纳米颗粒，重复多次滴涂后形成液态金属纳米颗粒层。
9、作为优选，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为100μm～125μm。
10、步骤s3：根据指定图案，采用紫外激光直写技术一步法加工聚酰亚胺薄膜的液态金属纳米颗粒层，得到电容式液态金属基柔性湿度传感器；由于紫外激光器的光热效应，液态金属纳米颗粒层中上层液态金属纳米颗粒表面的氧化物被烧结，致使上层去除表层氧化物的液态金属纳米颗粒构成导电网络，使得后续液态金属纳米颗粒层表面即便发生氧化，也可实现导电；未被烧结的区域由于其上层由包裹氧化物的液态金属颗粒构成，利用氧化物实现响应湿度变化的主动传感。
11、所述紫外激光器加工参数是：扫描速度为350mm/s～550mm/s,激光波长为355μm，激光通量为2.8～9.4j/cm2。
12、本专利技术的另一个目的是提供电容式液态金属基柔性湿度传感器。
13、本专利技术的又一个目的是提供电容式液态金属基柔性湿度传感器在穿戴式传感器，或监测人体呼吸频率，或不同生理状态下的手掌皮肤湿度上的应用。
14、本专利技术的有益效果是：
15、本专利技术提出采用去除表层氧化物的液态金属纳米颗粒作为导电网络，由包裹氧化物的液态金属颗粒构成，利用氧化物实现响应湿度变化的主动传感，能够使得湿度传感器更加小型化，检测响应时间(约为1.2s)与恢复时间(约为1.6s)显著提升，进一步提高柔性电子器件的性能。
16、本专利技术提出紫外激光一步法直写技术，实现液态金属在湿度传感器的制备简易化，其激光加工参数(扫描速度、激光波长、激光通量)需要控制在合适参数，才能够实现合理厚度的上层液态金属纳米颗粒表面的氧化物被烧结；氧化物包裹着的液态金属纳米颗粒可以选择性被烧结，并由绝缘线转化为导电线，其电阻率为0.15～0.19ω·cm。
17、相比于传统的湿度传感器，本专利技术采用紫外激光一步法直写技术制备柔性湿度传感器简化了柔性湿度传感器的加工流程，提高了柔性薄膜导线的导电性，提高了柔性湿度传感器的稳定性、快速响应与恢复时间，从而提升了柔性电子皮肤传感器的性能。此外，采用激光器制备导线的最小分辨率约为48μm，可实现精细化、小型化加工。
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1.一种电容式液态金属基湿度传感器的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤S1中，所述液态金属与乙醇分散液的质量体积比为(150mg～250mg)：(10ml～15ml)。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤S1中，所述乙醇分散液采用体积含量为99％的乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤S1中，所述超声处理的功率为15W～30W，超声处理时间为10min～30min。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤S1中，所述液态金属为镓铟合金。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于步骤S1中，所述镓铟合金中Ga与In的重量比为75∶25。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤S2中，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为100μm～125μm。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤S3中，所述紫外激光器加工参数是：扫描速度为350mm/s～550mm/s,激光波长为355μm，激光通量为2.8～9.4J/cm2。
10.权利要求9所述的湿度传感器在穿戴式传感器，或监测人体呼吸频率，或不同生理状态下的手掌皮肤湿度上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种电容式液态金属基湿度传感器的制备方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤s1中，所述液态金属与乙醇分散液的质量体积比为(150mg～250mg)：(10ml～15ml)。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤s1中，所述乙醇分散液采用体积含量为99％的乙醇溶液。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤s1中，所述超声处理的功率为15w～30w，超声处理时间为10min～30min。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于步骤s1中，所述液态金属为镓铟合金。
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔颂雅，田成祥，王镇伟，李明珠，彭亮，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：
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