[发明专利]基于活性炭结合无机材料掺杂聚酰亚胺的多层湿敏薄膜以及复合湿敏元件

说明书

本发明属于敏感材料与光纤传感交叉领域,提供了一种基于无机材料掺杂聚酰亚胺的多层湿敏薄膜以及复合湿敏元件。所述复合湿敏元件由波导光栅和多层湿敏薄膜两部分组成；其中，湿敏薄膜是由活性炭、湿敏无机盐以及聚酰亚胺三者复合而成。本发明还公开了湿敏薄膜的制备方法，以聚酰亚胺为主体，加入湿敏无机盐复合得到初步复合薄膜，并在薄膜表面涂覆活性炭粉末，获得最终的湿敏薄膜。本发明所制备的复合湿敏元件具有响应线性好、灵敏度高、湿滞小、响应时间短、重复性好等优点，相对于基于纯聚酰亚胺的湿敏元件，灵敏度低，湿滞大和长期稳定性差等缺陷得到了改善，可广泛应用于湿度的精确测量。

技术领域

本发明属于材料科学与光纤传感交叉领域，具体涉及基于活性炭结合无机材料掺杂聚酰亚胺的多层湿敏薄膜以及复合湿敏元件。

背景技术

环境的湿度对生产生活有着至关重要的影响。物资储存、医疗健康、畜牧养殖、制造生产等方面都要考虑到湿度和温度带来的影响。随着生产设备的精密化，对环境要求越来越高，过高的湿度会导致设备失准和损坏，因此基于光纤的湿度元件具有体积小，本质安全等原因发展迅速。

基于聚合物敏感薄膜的湿度元件具有易于集成化、小型化批量生产，且抗环境污染强，线性响应，化学稳定性好等优点而被广泛使用，但其灵敏度和湿滞现象都随厚度增加，无法同时保持良好的灵敏度与稳定性，重复性。

传统基于无机盐的湿度元件，具有灵敏度高，响应快，便于操作等优点，但其较短的使用寿命和易于形成腐蚀溶液，损害其他位置等问题使得其渐渐被淘汰。

有机无机复合材料能够保持材料的优点，并一定程度抵消各自的缺陷。单纯的将无机盐和聚合物结合，虽然能够提高敏感薄膜对湿度的灵敏度和响应速度，但是会使得敏感薄膜的稳定性下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种基于活性炭结合无机材料掺杂聚酰亚胺的多层湿敏薄膜，将活性炭，湿敏无机盐以及聚酰亚胺三者复合成新型有机无机湿度敏感薄膜，不仅保证了湿敏元件的高的灵敏度和快的响应速度，还保证了正常响应时间的前提下，湿度敏感薄膜的稳定性和重复性。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

基于活性炭结合无机材料掺杂聚酰亚胺的多层湿敏薄膜是由活性炭、湿敏无机盐以及聚酰亚胺三者复合而成。其中，所述聚酰亚胺与湿敏无机盐的质量比为100：(0.3-1)；活性炭与聚酰亚胺的质量比约为1：10。

按上述方案，所述湿敏无机盐为氯化锂，溴化钠，氯化铵等中任意一种或任意几种的混合物。

按上述方案，所述活性炭为粉末，粒度的目数大于200目。

按上述方案，聚酰胺酸的粘度在7000cp-10000cp范围内。

上述多层湿敏薄膜的制备方法，以聚酰亚胺为主体，加入湿敏无机盐复合得到初步复合薄膜，并在薄膜表面沉积活性炭粉末，获得多层湿敏薄膜。

本发明还提供一种复合湿敏元件，由波导光栅和本发明上述多层湿敏薄膜共同组成，在波导光栅的表面附着有上述多层湿敏薄膜。其中，本发明所述多层湿敏薄膜的厚度为5～50μm。

本发明还提供一种复合湿敏元件的制备方法，主要包括步骤如下：

a.将选定的无机盐与聚酰胺酸按质量比(0.03～0.1)：10混合，充分搅拌后，于60-80℃下静置1-2小时，排出气体，得到掺杂无机盐的聚酰胺酸；

b.将波导光栅置于步骤a所得掺杂无机盐的聚酰胺酸中，在波导光栅表面形成初步复合薄膜，然后继续往掺杂无机盐的聚酰胺酸中加入活性炭粉通过物理吸附沉积在初步复合薄膜表面(活性炭的添加质量约为步骤a中聚酰胺酸的十分之一)；浸渍一定时间后，通过提拉镀膜机将波导光栅提出，此时波导光栅表面形成液膜，经过加热预固化，在波导光栅表面形成活性炭与无机盐掺杂的聚酰亚胺薄膜；