[实用新型]一种高分子电阻型湿敏元件

说明书

本实用新型涉及一种高分子电阻型湿敏元件，其特征在于包括封装壳、基体、感湿薄膜、叉指电极以及引脚，所述基体为湿敏传感基体，所述叉指电极与基体表面设置有感湿薄膜；叉指电极包括横向电极以及纵向电极。本实用新型采用多层刷涂技术将有机高分子材料进行复合，显著降低高分子电阻型湿度传感器在低湿环境下的电阻，实现对于低湿环境的灵敏检测，通过掺杂纤维素提高薄膜的抗潮解性，此外，基于单张网版进行丝网印刷的精度较低，本实用新型将一个叉指电极的图案拆分成横向电极部分和纵向电极部分，多网版分别丝网印刷技术提高了叉指电极的制备精度，导电油墨的铜掺杂增强了电极与基板的粘附性，得到具有灵敏度高、线性度好、响应速度快、可靠性高的湿敏特性。

技术领域

本实用新型涉及一种高分子电阻型湿敏元件。

背景技术

湿度传感器作为湿度计水分检测的重要信息采集元件，广泛应用于工业生产与日常生活中。基于感湿材料，湿度传感器可分为有机高分子型和半导体陶瓷型两类，其中，有机高分子因具有响应范围宽、响应时间短、湿滞小、制备简便、成本低廉等优点得到了广泛的研究。高分子聚合物按其响应特性可分为电阻型和电容型，高分子电阻型湿度传感器因其优异的综合性能，是目前发展较为迅速的一类，其通常采用叉指电极结构，感湿材料均匀涂覆于叉指电极及基片上，按导电机理，高分子湿敏电阻可以分为三大类：1、基于导电粉末(金属、石墨)/聚合物材料的电子型，也叫涨缩型；2、基于聚电解质材料的离子型；3、集离子、电子导体为一体的复合型。其中基于聚电解质的离子型湿敏电阻是较为常用的一类，具有响应快、灵敏度高、体积小、制备方法简单及价格低廉等优点，并应用于气象、工业、食品等领域。

聚电解质湿敏材料是一类含有可解离基团的亲水性高分子，这类材料吸附环境中的水分后，解离出自由移动的离子，是导电率增加，通过测定其导电性的变化可实现对环境湿度的检测。聚电解质材料通常以疏水性高分子(如烷基、苯基等)为骨架，侧基含有强极性基团，如：-NH₄Cl、-SO₃Na、-NH₂等。在潮湿环境中，水分子被材料表面的极性基团吸附，而且随着环境湿度的增加，吸附水分子的数量也发生相应的变化，使吸附水之间逐渐发生凝聚形成液态水，即具有导电通道性质的电解质溶液。随着湿度的增加，聚合物溶胀，内部自由体积增加，载流子增多，同时高分子聚电解质反离子的活化能降低，迁移率提高，材料的电阻下降。反之，当环境湿度变小时，水分子从离子聚合物中脱出，使材料电阻增大。通过测定其电阻值的变化，就可以监测环境中相对湿度的大小。

但是这类传感器也存在不足之处，高分子聚电解质材料在高温高湿环境下长期使用时，呈现类似溶解水状态，严重时感湿膜有流移现象，严重影响了其稳定性。因此，目前高分子电阻型湿度传感器的研究重点是如何改善其耐水性和长期稳定性，而其关键就是使高分子聚电解质材料不再溶于水。为了解决这个问题，与疏水性材料共聚、交联、接枝、互穿网络(IPN)、添加保护膜等方法被广泛应用。此外，高分子聚电解质材料在湿度过低的情况下阻抗过高无法测量和湿滞较大的问题，为实现低湿环境测定，需要降低湿度传感器的阻抗，最常用的方法是将聚电解质与本征导电材料复合，如聚吡咯、聚苯胺、炭黑、碳纳米管等；为提高传感器响应特性，需要降低湿度传感器的湿滞，可通过在聚合物中引入疏水性基团、与疏水性聚合物复合等方法实现。

高分子电阻型湿敏材料存在低湿环境下导电性较差，电阻值过高难以测量；高湿环境下耐水性较差，发生响应漂移甚至损坏失效的问题。

基于高分子电阻型湿敏材料存在高湿环境下耐水性较差，发生响应漂移甚至损坏失效的问题，现有的解决方法是与疏水性材料共聚、交联、接枝、互穿网络(IPN)和添加保护膜等，这意味着在涂覆湿敏薄膜之前，需要对聚合物材料进行预处理，通常需要经过高温、长时间反应的条件，同时还增加了感湿材料制备工艺，生产流程更加复杂，导致制备过程可控性差，湿敏元件的一致性较低。