[发明专利]湿度传感器及其应用、设备和湿度传感器的制备方法

说明书

本发明提供一种湿度传感器及其应用、设备和湿度传感器的制备方法，所述湿度传感器包括凝胶，所述凝胶包括聚合物网络、与所述聚合物网络结合共同形成所述凝胶的溶剂以及溶解在所述溶剂中的电解质盐，所述聚合物网络具有用于与水分子结合的功能基团。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种湿度传感器及其应用、设备和湿度传感器的制备方法。

背景技术

柔性可拉伸传感器能紧密贴在具有复杂结构的弯曲表面，例如人体、机器人或者假肢的皮肤上来获取各种信息，因此，近年来在电子皮肤、可穿戴式电子和健康医疗等多个领域展现出广阔的应用前景。人们希望贴在人体皮肤上面的柔性传感器能像人的皮肤一样具有可伸缩和自修复的功能。可拉伸性可以让柔性传感器和人的皮肤一起运动，这样人就不会感到不舒服。自修复性能让电子器件在受到破裂、刮伤或者超出极限变形范围时能自我修复其电学、机械和其它性能，从而延长器件的寿命。柔性可拉伸湿度传感器在健康医疗和环境监测等领域有广泛的应用需求。例如，将柔性湿度传感器贴在人体皮肤上面可以测量人体皮肤的湿度，以评价人体的生理健康特征、代谢情况或护肤品的效果。通过测量伤口处的湿度能获取伤口愈合的信息。湿度传感器也可用来测量人体的呼吸频率，检测睡眠呼吸中断等疾病。

传统的湿敏材料包括石墨烯、MoS₂、碳纳米碳(CNTs)、多孔陶瓷和导电聚合物等，它们的可拉伸性能较差。目前报道的柔性/可拉伸的湿度传感器都是将这些传统湿敏材料通过结构工艺调控整合到柔性/可拉伸的基底上面，以实现柔性/可拉伸的功能。但这种方法工艺过程很复杂，且不能或者只能实现非常有限的拉伸率。目前报道的湿度传感器的最大拉伸应变仅为60％。因此如何通过简单的制备方法得到可拉伸的湿度传感器是我们亟待解决的问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种湿度传感器及其应用、设备和湿度传感器的制备方法。

本发明提供一种湿度传感器，包括凝胶，所述凝胶包括聚合物网络、与所述聚合物网络结合共同形成所述凝胶的溶剂以及溶解在所述溶剂中的电解质盐。

在其中一个实施例中，所述聚合物网络具有功能基团，用于与水分子结合形成氢键。

在其中一个实施例中，所述功能基团为亲水基团，所述功能基团包括-NH₂、SO₃^-和-OH中的至少一种，优选包括-NH₂、SO₃^-和-OH。

在其中一个实施例中，所述溶剂包括水，并且包括或不包括有机溶剂，所述有机溶剂优选为碳原子数为1～10的小分子多元醇，更优选为丙三醇和乙二醇中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述凝胶为双网络凝胶，包括第一聚合物网络和第二聚合物网络。

在其中一个实施例中，所述第一聚合物网络用于包覆所述溶剂，所述第二聚合物网络用于增强所述凝胶的力学强度，优选的，所述第一聚合物网络与所述第二聚合物网络的质量比为16:1～1.3:1，优选的，所述第一聚合物网络为聚丙烯酰胺，所述第二聚合物网络为卡拉胶。

在其中一个实施例中，所述电解质盐包括氯化钾、氯化钙、氯化钠中的至少一种，优选为氯化钙。

在其中一个实施例中，所述凝胶具有透明性，所述凝胶的拉伸应变性大于1200％。

在其中一个实施例中，还包括电极，所述电极用于测量能够反映所述电解质盐在所述凝胶中的离子迁移速率的参数，优选的，所述参数为所述电解质盐的离子电导率或离子电阻率，或者所述凝胶的电阻。

在其中一个实施例中，还包括所述参数的检测装置，与所述电极电连接，用于通过所述电极测量所述参数。