[发明专利]一种薄膜电容湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种薄膜电容湿度传感器及其制备方法，其中薄膜电容湿度传感器包括湿敏材料薄膜层，所述湿敏材料薄膜层的一面覆有上电极层，另一面覆有下电极层。与现有技术比较，本发明所提供的薄膜电容传感器能在保证稳定性、灵敏度的前提下，可以对空气中的水分实现瞬间响应，响应时间在3 s内，可以实时迅速的监控空气湿度。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种高灵敏度的瞬间响应的薄膜电容湿度传感器及其制备方法。

背景技术

在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，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。

比较通用的测环境空气湿度的传感器主要是湿敏电阻和湿敏电容，湿敏电阻一般只能满足常态环境（温度0~50℃/湿度20~90%RH）中使用，而且准确率和响应速度都比较差；湿敏电容能够全量程0~100%RH测试空气湿度，一般能满足-40~100℃温度下使用，其响应速度比湿敏电阻也快很多，基本上能达到10 s以内。因此，对于比较苛刻、要求精确控制空气湿度的环境，一般都会选用湿敏电容作为传感器。

目前，市场上多采用陶瓷基片或者柔性电路板作为湿敏电容的基板，基本结构是基板（1）、下电极（2）、湿敏材料层（3）和上电极（4），如图1所示。其中，上电极和下电极都是镀上去的薄金属层，下电极直接与基板连接。在实际使用中，空气中的水分大部分只能通过上电极薄金属层进入/排出，在湿敏材料层感应，进行测湿。由于只有上电极这一条水分通路，其响应速度大约在10~15 s，甚至更长响应时间，响应速度很慢，且难以同时保证稳定性和响应速度的良好性能。

发明内容

为克服现有的技术缺陷，本发明提供了一种薄膜电容湿度传感器，不仅稳定性高，而且响应速度极快，能够在3s内检测出空气中湿度。

同时本发明还提供了上述薄膜电容湿度传感器的制备方法。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种薄膜电容湿度传感器，包括湿敏材料薄膜层，所述湿敏材料薄膜层的一面覆有上电极层，另一面覆有下电极层。

相对于现有技术，本发明所提供的是一种薄膜电容湿度传感器，中间层采用湿敏材料做成的薄膜，该湿敏材料薄膜层的两面分别覆有电极层，也就是上电极层和下电极层，空气中的水分可以同时通过上电极和下电极进入/排出。由于多了一个水分进出的通道，在保证湿敏材料性能优良的前提下，本发明所提供的电容湿度传感器响应的速度更快，相对于带基板的电容湿度传感器（如图1）的响应速度和灵敏度都得到了非常明显的提高。

本发明淘汰了用基板作为载体的方式，直接用湿敏材料所制成的薄膜作为感湿材料的同时也作为载体。现有的湿度传感器的湿敏材料层由于不作为载体，因此通常较薄，厚度约0.5~1.5μm。而在本发明中，为同时兼顾作为湿敏材料和载体的性能，湿敏材料薄膜的厚度优选为1~6 μm。在实际应用中，湿敏材料薄膜的厚度可以是1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm。

湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。湿敏材料常用的是聚乙烯醇、聚酰胺树脂、酰基纤维素和金属氧化物如Al₂O₃等。在本发明中，优选采用以醚键为主要感湿点的交联聚醚树脂作为湿敏材料。