[发明专利]可打印石墨烯/ZnO纳米复合材料温湿度传感器电极

说明书

本发明公开了一种可打印石墨烯/ZnO纳米复合材料温湿度传感器电极，具体的说是一种基于石墨烯/ZnO纳米复合材料微阵列可打印温湿度传感器电极，本发明还涉及其制作方法。本发明的温湿度传感器电极利用喷墨打印技术将传感器打印在柔性衬底上，可以粘贴在农产品或其周围，方便传感器的布置且价格低廉。同时由于纳米材料特性使得温湿度传感器具有良好的线性度、灵敏度和稳定性等。基于石墨烯/ZnO纳米复合材蛇形微阵列温度传感器电极表现出良好的线性度，其测试技术灵敏度为1.6%Ω/℃，线性度和相关因子分别为2.0%和0.995。湿度传感器电极在高湿环境下灵敏度达到6.568nF/RH%，湿滞为5.19%，有较好的响应恢复时间。

技术领域

本发明涉及一种可打印石墨烯/ZnO纳米复合材料温湿度传感器电极，具体的说是一种基于石墨烯/ZnO纳米复合材料微阵列可打印温湿度传感器电极，本发明还涉及其制作方法。

背景技术

食品安全是关系国计民生的重要问题，是继人口、资源和环境之后的第四大全球性问题，如何有效地对食品流通进行监督管理和认证识别，并建立覆盖整个食品产业链的溯源系统，是解决食品安全问题的关键。

黑龙江省是我国第一产粮大省，2015年粮食总产达1369.6亿斤，占全国的十分之一，增产量近全国一半。如何将“互联网+”和物联网技术等科技前沿技术应用在我省农业领域，贯穿农业领域各个生产阶段和加工环节，对传统农业生产进行改造升级，尽快完成农业信息化和现代化，提高农业生产效率和产值是当前我省在农业领域面临的主要问题，也是推进我省农业经济又好又快发展的必要手段。特别是随着我省农业信息化的进步和人们对食品安全意识的加强，如何构建农产品生产过程质量监控以及绿色有机食品溯源系统中低成本、可集成、便于规模化生产的新型传感器和无线通信模块以及高性能信息采集处理系统已经成为农业信息化与现代化的热点问题。

农产品在贮藏运输过程中要维持生命，就要不断消耗自身的贮藏营养，从而逐渐失去营养价值和鲜活的品质。另外虫害也会把农产品的贮藏营养作为美食，结果会造成农产品腐败变质，失去鲜度和食用价值。如何使农产品在贮藏运输过程中保住营养和鲜活的品质， 温湿度是最重要的影响因素。

一般地说，温度越低农产品的营养消耗越少，病虫危害也越小，保持新鲜品质的时间也越长。同时温度变化越小，保鲜效果越好。保鲜温度也不是无限制的低，因为温度低到产品忍受不了时，也会发生冷害或冻害。同时农产品中含有大量的水分，这是维持果实生命活动和新鲜品质的必要条件。采摘后的农产品不能再从母体上获得水分的供给，在长期储藏过程中逐渐蒸发水分。大多数农产品其干耗、重量损失超过5%时就会出现枯萎等鲜度下降的明显象征。特别是水果水份消耗达5%以后就不可能恢复原状。果蔬的水分蒸发一方面是由于呼吸作用散发出一部分水分，另一方面是储藏环境的空气湿度过低引起果蔬枯萎，降低了商品价值。因此，检测农产品在贮藏运输过程中的温度湿度是非常重要及必要的。

发明内容

本发明提供了一种可打印石墨烯/ZnO纳米复合材料微阵列温湿度传感器电极及其制作方法，该传感器基于柔性衬底，对于温湿度具有高灵敏度，本发明具有成本低、可抛弃和便于布置的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可打印石墨烯/ZnO纳米复合材料微阵列温度传感器为电阻型，湿度传感器为电容型。柔性衬底选取聚酰亚胺（polyimide,PI），打印墨水为石墨烯及其复合材料。

一种可打印石墨烯/ZnO纳米复合材料微阵列温度传感器电极的制作方法为：

1)将石墨烯与纳米ZnO掺杂。取10mg石墨烯粉末分散到100ml二甲基甲酰胺（DMF）中，超声处理1h，然后通过加入乙二醇和甘油调节EC-GNP溶液的粘度，继续超声1h，溶剂比率为DMF:乙二醇:甘油= 50:45:5 vol％，得到石墨烯导电墨水；再将0.02g纳米ZnO粉末加入到此溶液中超声分散1h，得到石墨烯/ZnO纳米复合材料导电墨水。