[发明专利]一种基于碳纳米管/氧化锌/壳聚糖复合膜的湿度传感器

说明书

本发明属于气体传感器领域，具体涉及一种基于碳纳米管/氧化锌/壳聚糖复合膜的化学电阻型湿度传感器。所述湿度传感器的传感单元包括氧化铝陶瓷衬底，设于氧化铝陶瓷衬底表面的银叉指电极，涂覆于氧化铝陶瓷衬底以及银叉指电极上的敏感材料层；所述敏感材料层为涂覆于氧化铝陶瓷衬底以及银叉指电极上的CNT/ZnO杂化材料，以及涂覆于CNT/ZnO杂化材料上表面的CS。本发明在其敏感材料层中，CNT主要作为基体的骨架和电子传输的通道，ZnO则作为气体吸附的场所之一，向碳纳米管传输并放大吸附产生的电信号，薄薄的CS层则是对水分子有选择性透过的场所，并把吸附的水分子产生的电信号传输到ZnO上。

技术领域

本发明属于气体传感器领域，具体涉及一种基于碳纳米管/氧化锌/壳聚糖复合膜的化学电阻型湿度传感器。

背景技术

湿度是指空气中的水蒸气含量。随着科技的全面发展，尤其是在高精尖的仪器仪表和电器等领域，对湿度的监测也发挥着越来越重要作用。目前，很多仪器元件都包含半导体材料，水蒸气对这些材料都有或多或少的影响。水蒸气会吸附在半导体材料上，轻微的可能引起元件信号精度下降，严重的可能导致元件变形失灵。因此，对湿度的监测具有重要的意义。因此，湿度传感器应运而生。近年来人们依据碳材料、金属氧化物和高分子材料等开发出了很多湿度传感器。

碳纳米管(CNT)和金属氧化物(MO)的组合在传感器领域内很常见。一般的，碳纳米管主要作为基体的骨架和电子传输的通道，金属氧化物如氧化锌(ZnO)则作为气体吸附的场所，向CNT传输并放大吸附产生的电信号。虽然这类组合确实降低了检测温度，又相对提高了灵敏度和响应速度，但是无机材料本身对水分子的低选择性限制了其应用。

壳聚糖(CS)是一种天然的半结晶多糖生物聚合物，主要来源于几丁质。其分子链内包含很多氨基、羟基等亲水基，能够可逆的吸附水分子，并具有良好的水分子透过性和其他气体分子阻隔性能。更重要的是，在空气中它随着相对湿度的增加而急剧溶胀。这也使得它成为天然的湿度传感材料。

综上所述，基于CNT/ZnO的湿度传感器具有常温检测的优势，而与CS结合，由于其对水分子透过性好，响应明显，理论上这种湿度传感器将具有更高的灵敏度等性能。

发明内容

本发明旨在提供一种基于碳纳米管/氧化锌/壳聚糖复合膜的化学电阻型湿度传感器，实现对湿度的高灵敏度检测。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于碳纳米管/氧化锌/壳聚糖复合膜的化学电阻型湿度传感器，所述湿度传感器的传感单元包括氧化铝陶瓷衬底，设于氧化铝陶瓷衬底表面的银叉指电极，涂覆于氧化铝陶瓷衬底以及银叉指电极上的敏感材料层；所述敏感材料层为涂覆于氧化铝陶瓷衬底以及银叉指电极上的CNT/ZnO杂化材料，以及涂覆于CNT/ZnO杂化材料上表面的CS。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述敏感材料层中CNT与ZnO的质量比为2:1。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述CNT的直径为12nm～18nm。

作为本发明技术方案的进一步改进，所述CNT/ZnO杂化材料的结构为多孔结构。

本发明进一步提供了一种基于碳纳米管/氧化锌/壳聚糖复合膜的化学电阻型湿度传感器的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)制备CNT/ZnO杂化材料：制备得到CNT/ZnO杂化材料后溶于水中，形成CNT/ZnO杂化材料溶液；

步骤(2)配制CS溶液：

配制乙酸溶液，随后称取CS，加到乙酸溶液中，超声分散30min以完全溶解，CS溶液，静置过夜，以待备用。

步骤(3)涂覆敏感材料层：