[发明专利]一种基于钛酸锶钡纳米管结构的电容/阻抗式湿度传感器

说明书

本发明公开了一种基于钛酸锶钡纳米管薄膜结构的湿度传感器。该基于纳米管结构的钛酸锶钡湿度传感器依次由底电极，云母基片，钛酸锶钡纳米管薄膜和插指状顶电极组成。本发明的湿度传感器，以云母基片作为衬底，其透光性好，为今后器件的透明化提供可能；且云母基片柔性耐弯折，使器件具有一定的柔性。以钛酸锶钡纳米管薄膜作为湿度感知材料，其响应灵敏，在湿度15％～95％的变化区间阻抗和电容均可产生较大的变化，在基于纳米结构材料的湿度传感器中有较为广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于湿度传感器领域，具体涉及一种基于钛酸锶钡纳米管结构的湿度传感器。

背景技术

近年来，物联网技术的发展掀起了新一轮的信息技术革新浪潮，而作为物联网基础的传感器则显得格外重要，实时监控环境所处的状态，并将所得信息反馈。如湿度传感器在其中有着重要的作用。

湿度参数的控制在工业生产中格外关键，如果湿度过大则会造成食品、布料、纸张等产品加速变质和腐烂，也会使金属等生锈，因此需要湿度传感器严格检测湿度。而现今很难制备同时满足可靠性、寿命长、稳定、响应快的湿度传感器，重要原因就是现有的材料组合和制备方法不够完善。

湿度敏感元件是湿度传感器的核心组成部分，可选择作为湿敏元件的材料种类非常丰富，其中钙钛矿构型的纳米管钛酸锶钡因其A位碱金属元素容易与水分子结合，对湿度变化非常敏感，且Ti⁴⁺的存在能够降低材料的损耗和电导，而独特的纳米管结构又能增大比表面积，更容易吸附或释放水分子，使其更容易作为高灵敏的湿度传感元件。

发明内容

鉴于目前湿度传感器件存在的上述不足，本发明提供一种基于钛酸锶钡纳米管结构的湿度传感器，该传感器以钛酸锶钡纳米管薄膜作为湿度感知功能层，并且具有随湿度变化线性良好、灵敏度高等优点，易于满足性能良好的湿度传感器的要求。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于钛酸锶钡纳米管结构的湿度传感器，该基于纳米管结构的钛酸锶钡湿度传感器依次由Ag底电极，云母或PET基片(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，钛酸锶钡纳米管薄膜和网状Ag顶电极组成。

优选的，基片为0.1μm～10μm厚的氟晶云母(AlF₂O₁₀Si₃₃Mg)或PET。

优选的，所述钛酸锶钡纳米管薄膜为基于AAO模板采用溶胶凝胶法制备的Ba_xSr_1-xTiO₃，0<x<1，纳米管薄膜。

与现有技术相比，本发明的优点是：

(1)本发明制备的湿度传感器以钛酸锶钡纳米管薄膜作为湿度感知功能层，能够灵敏地感知湿度的变化；

(2)本发明制备的湿度传感器响应线性良好，在湿度15％至95％逐渐变化时，在低湿度段(15％至80％)样品阻抗和电容的数值变化均表现出明显的线性；

(3)本发明制备的湿度传感器在湿度增加和湿度降低时弛豫性小，相对湿度从20％增加到80％的过程与相对湿度从80％降低到20％的过程相比电容和阻抗变化的差异小；

(4)本发明将钛酸锶钡制成纳米管结构以增加感知材料的比表面积，使材料能够更好地感知水分子含量的变化，大大增强了器件的灵敏度，有利于新型纳米结构材料在湿度传感器领域的实际应用。

附图说明

图1为本发明所述的基于钛酸锶钡纳米管薄膜结构的湿度传感器的结构示意图。

图2为实施例中钛酸锶钡纳米管的X射线衍射(XRD)图谱。