[发明专利]聚酰亚胺湿敏材料及其在电容型湿度传感器的应用

说明书

聚酰亚胺湿敏材料及其在电容型湿度传感器的应用，本发明涉及一种电容型湿度传感器的感湿材料，它要解决现有电容型高分子湿度传感器的感湿性能有待提高的问题。本发明聚酰亚胺湿敏材料的化学结构式如下：其中A和B均代表含氟基团，A和B的结构通式为C_nH_mF_2n‑m+1。将所述的聚酰亚胺湿敏材料作为感湿膜应用于电容型湿度传感器中。本发明通过调节结构式中亲水‑疏水基团的比例，提高感湿性能，减小湿滞，制备得到的电容型湿度传感器的湿度‑电容曲线的线性相关系数R²≥0.998，显示出良好的感湿性能。

技术领域

本发明涉及一种具有较高的感湿-脱湿性能的聚酰亚胺湿敏材料以及基于该湿敏材料的电容式湿度传感器。

背景技术

湿度传感器是用来测量环境湿度的一类传感器，被广泛应用于气象、医疗、农业、航天等领域。芬兰Vaisala公司、荷兰Philips公司、美国Honeywell公司等是世界上湿度传感器的主要生产厂家，其湿度传感器的研究制造水平处于世界领先地位。目前我国国内的湿度传感器制造技术水平相比国外还有一定差距，生产的传感器由于感湿材料稳定性差，导致传感器存在测量精度低，使用寿命短等诸多问题，湿度传感器的国内市场份额基本被国外产品垄断。

目前市面上常见的湿度传感器主要有三种：陶瓷湿度传感器、高分子湿度传感器和多孔硅湿度传感器。陶瓷型湿度传感器和多孔硅湿度传感器在低湿的情况下灵敏度较低，线性度不好。而且陶瓷型湿度传感器产品的一致性一般较差，难以进行大规模生产。因此，高分子型湿度传感器因其材料来源丰富，价格便宜，制作工艺简单，产品一致性好，适用温度范围广，温度系数小等优点，逐渐成为了湿度传感器研究制造的主流。

高分子型湿度传感器一般分为电阻型和电容型。电阻型湿度传感器是利用高分子电解质的电阻随着湿度的变化规律来测定环境湿度的一类传感器，这类传感器具有线性度好、灵敏度高、响应时间短、制作工艺简单、易于小型化的优点，但在低湿和高湿的条件下不能测量湿度，且不耐污染，使用寿命短。

电容型湿度传感器是基于高分子薄膜电容制成的，当环境湿度发生变化时，湿敏电容的介电常数发生变化，电容量发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。高分子电容式湿度传感器的感湿材料通常选用的是醋酸纤维素及其衍生物，但是醋酸纤维素及其衍生物作为湿敏材料制造的传感器线性输出较差。因此，寻求一种湿滞和温度系数小，具有长期稳定性和高灵敏度的新型湿敏材料成为了目前湿度传感器生产制造亟需解决的问题。

聚酰亚胺是综合性能较好的有机高分子材料之一，可以在超高温、超低温、强噪声、强腐蚀、强辐射等极端条件下长期服役，具有极高的可靠性和质量保证。目前已经商品化的聚酰亚胺已多达20多个种类，著名的生产商包括美国的杜邦、通用、欧洲的BASF、Ciba-Geigy、日本的杜邦-东丽、日立化学、钟源等。我国在聚酰亚胺材料的合成方面虽然已经取得一定成绩，但与国际先进水平相比仍有差距。

通过合成新型含氟单体，向聚酰亚胺中引入氟原子，合成一种具有高感湿性能和长期稳定性的聚酰亚胺材料，对于减小传感器响应时间，提高传感器的灵敏度及长期稳定性，延长传感器的使用寿命，提升湿度传感器的生产制造水平，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是要解决现有电容型高分子湿度传感器的感湿性能有待提高的问题，而提供一类聚酰亚胺湿敏材料及其在电容型湿度传感器的应用。

本发明聚酰亚胺湿敏材料的化学结构式如下：

其中A和B均代表含氟基团，A和B的结构通式为C_nH_mF_2n-m+1。

本发明聚酰亚胺湿敏材料的化学结构式中R的化学结构通式为：