[发明专利]一种制备高灵敏度湿度传感器的方法

说明书

技术领域

本发明属于化学传感领域，是一个基于电阻—湿度特性原理的电湿敏元件。

背景技术

早在18世纪人类就发明了干湿球和毛发湿度计，而电子式湿度传感器是近几十年，特别是近20年才迅速发展起来的。在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等领域，经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂得多，温度是个独立的被测量，而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的标准也是一个难题。

湿度传感器的工作原理是：利用湿度敏感材料直接吸附大气中的水分子，是材料的电学特性等发生变化，从而检测出湿度的变化。湿度传感器主要用于检测大气环境的湿度变化，在仓储、粮食及食品防霉、温室种植、环境检测、仪表电器、交通运输乃至导弹，火箭贮存等军事装备中发挥着越来越重要的作用。

湿度传感器研究开发的核心内容为湿度敏感材料的开发，湿度传感器性能的优劣直接取决于湿度敏感材料性能的优劣。20世纪80年代，随着纳米科技的发展，湿度传感器也迎来了其发展的春天。1980年日本松下电器产业的阿部等人使用蒸发法研究了氧化锡传感器，使得纳米技术在传感器上的应用从单纯的概念阶段发展到具体的形式。纳米材料特殊的结构（如大的比表面积、量子尺寸效应、界面效应和量子隧道效应等）将使它拥有许多不同于传统材料的特性。因此，可以预测纳米科技的进步将大大推动湿度传感器的发展，而基于新型纳米材料的湿度传感器也将显示出其超常规的优良的特性。

Pebax可以改善许多热塑性塑料的永久抗静电性能，例如ABS、ABS／PC合金、PS、HIPS、PC、PBT、POM、PVC、PMMA、聚酰胺、TPU、PE、PP。Pebax的微观结构特点使其可以作为缓释载体，用于控制挥发性物质如香料、油剂等的挥发速度，实现长期扩散控制的目的。适用于这种用途的特定牌号有MX 1717、3533 SA 01和MX1205 01等。掺加Pebax树脂可以得到可控的、具有较高蒸汽透过速度，并可透过如CO₂、O₂、N₂和C₂H₄等气体的聚合物。Pebax是一种高性能热塑性聚酰胺弹性体，可广泛用于对高性能材料有着苛刻要求的运动市场，与传统弹性体如热塑性聚氨酯(TPU)相比，Pebax具有优异的耐久性、耐候性、加工性，并且可以减小超过20%的质量。Pebax尤其得到了运动鞋，足球鞋，滑雪靴或游泳设备设计师的亲睐。由于Pebax具有耐化学性、柔韧性、良好的水阻隔性、气体阻隔性、摩擦系数低、机械强度高等性质，促使Pebax的应用领域非常广泛。

氯化锂湿度传感器由湿敏元件和转换电路等组成，它是将环境湿度变换为电信号的装置。氯化锂湿度传感器在工业、农业、气象、医疗以及日常生活等方面都得到了广泛的应用。理想的湿敏传感器的特性要求是：适合于在宽沮、湿度范围内使用，测量精度高，使用寿命长，稳定性好；响应速度快，湿滞回差小，重现性好，灵敏度高，线性好，温度系数小，制造工艺简单，易于批量生产，转换电路简单，成本低；抗腐蚀，耐低温和高温特性等。氯化锂在大气中不分解、不挥发，也不变质，是一种具有稳定的离子型结构的无机盐，它的饱和蒸汽压很低，在同一温 度下为水的饱和蒸汽压的10%左右。在空气的相对湿度低于12%时，氯化锂在空气中呈固相，电阻率很高，相当于绝缘体；当空气的相对湿度高于12%时，放置在空气中的氯化锂就吸收空气中的水分而潮解成溶液，只有当它的蒸汽压等于周围空气的水蒸气分压力时才处于平衡状态。因此，随着空气相对湿度的增加，氯化锂的吸湿量也随之增加，从而使氯化锂中导电的离子数也随之增加，最后导致它的电阻率降低、电阻减小。当氯化锂的蒸汽压高于空气的水蒸气分压力时，氯化锂就放出水分，导致电阻率升高、电阻增大。利用氯化锂的电阻率随空气相对湿度变化的特性制成湿度传感器，根据测量线路的不同可区分为氯化锂电阻式湿度计和氯化锂露点式湿度计。

此外，通过静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝并以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一，在制备微纳米纤维方面有着极大的发展前景。