[发明专利]一种基于蚕丝蛋白的柔性湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于蚕丝蛋白的柔性湿度传感器及其制备方法，所述柔性湿度传感器包括柔性基底、叉指电极和湿敏材料，所述叉指电极位于柔性基底和湿敏材料之间，所述湿敏材料为蚕丝蛋白薄膜。本发明所述蚕丝蛋白薄膜对水分子的选择性吸附的独特特性，它能够检测液态水分子的存在性，甚至可以在特定场合区分液态水分子和气态水分子。因此，本发明所述的柔性湿度传感器能够用于检测环境中是否含有液态水分子，更进一步地讲，在一些特定的场合可以区分是液态水分子和气态水分子的存在。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种基于蚕丝蛋白的柔性湿度传感器及其制备方法。

背景技术

湿度传感器是指检测外界环境湿度的传感器，一般情况下的湿度传感器分为电容式、电阻式、压阻式、光学式等多种类型，更为常见的是电容式的和电阻式的湿度传感器。湿度传感器在众多领域都有着重要的应用，比如气象、军事、农业、工业控制、精密测量器械、医疗器械等。但是传统的湿度传感器多是硅基材料，具有刚性大、易破碎的特点，不能根据应用场景进行弯曲变形，这就使得传统的湿度传感器的应用范围受到限制。

近几十年来，随着柔性电子技术的飞速发展，越来越多的柔性传感器被设计出。而由于湿度检测在健康、环境监测等诸多领域的重要性，柔性的湿度传感器也受到越来越多的关注。近些年，基于电阻和电容原理，利用聚合物材料构成的柔性湿度传感器已有报道。国际著名期刊Sensors&Actuators B Chemical上发表的论文《Design and optimizationof an ultra thin flexible capacitive humidity sensor》公开了一种基于电容的柔性湿度传感器，该期刊发表的论文《Novel flexible resistive-type humidity sensor》公开了一种基于电阻的柔性湿度传感器。申请号为201810182699.6的中国发明专利申请公开了一种柔性湿度传感器及其制备方法。然而，水分子存在于空气中的气态和液态两种状态，由于都是吸附水分子改变其电容或者电阻，目前所报道公开的湿度传感器对气态水分子和液态水分子都会有响应。因此，传统的湿度传感器难以区分水在空气中的存在形式。比如对于人呼出的气体，传统的湿度传感器会有明显的响应，但是不能推测里面是否含有液态水。又比如雾天，空气中含有大量的液态水，传统的湿度传感器也不能检测空气中液态水的浓度。这种结果是由于湿敏材料的特性决定的，上述三种公开的湿度传感器分别采用双苯并环丁烯、甲基丙烯酸甲酯和3-(甲基丙烯酰胺基) 丙基三甲基氯化铵聚合物、聚乙烯醇薄膜三种材料作为湿敏材料，它们都是基于化学反应的湿度传感器，并且三种材料都既与气态水分子反应，也与液态水反应。因此，上述三种公开的柔性湿度传感器均没法辨别空气中的水分子存在形式，确切地说是没法检测空气中是否存在液态水，这将限制它们的应用场景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于蚕丝蛋白的柔性湿度传感器，解决现有柔性湿度传感器无法识别空气中的水分子存在形式的问题。

此外，本发明还提供上述柔性湿度传感器的制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于蚕丝蛋白的柔性湿度传感器，包括柔性基底、叉指电极和湿敏材料，所述叉指电极位于柔性基底和湿敏材料之间，所述湿敏材料为蚕丝蛋白薄膜。

目前的湿度传感器主要包含电阻式湿度传感器和电容式湿度传感器。本发明所述的柔性湿度传感器便是基于电容式的。电容式湿度传感器一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。但是目前想要精确的检测环境湿度仍是一个科学难题，而这些材料制成的湿度传感器都不能分辨空气中的气态水分子和液态水分子，空气中的液态水分子和气态水分子均能使现有的湿度传感器产生响应。