[发明专利]基于碳纳米管/二氧化钛/聚乙烯亚胺复合膜的电阻型湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及湿度和气体传感技术领域，尤其涉及一种基于碳纳米管/二氧化钛/聚乙烯亚胺复合膜的电阻型湿度传感器及其制备方法。传感器的传感单元包括滴涂在银叉指电极上的CNT/TiO₂/PEI敏感层，敏感层为滴涂在聚二甲基硅氧烷薄膜衬底以及银叉指电极表面CNT/TiO₂杂化多空材料，以及滴涂在CNT/TiO₂多空杂化材料表面的聚乙烯亚胺。CNT是表面接枝羟基的CNT，主要作为湿敏元的骨架和电子传输的通道以及二氧化钛的附着点。二氧化钛主要作为水蒸气吸附的场所之一，并向CNT传输并放大吸附产生的电信号，PEI膜对水分子具有很强的可逆吸附性，并把其吸附的水分子产生的电信号传送给二氧化钛和碳纳米管。

技术领域

本发明涉及一种湿度传感器，尤其涉及一种基于碳纳米管/二氧化钛/聚乙烯亚胺复合膜的电阻型湿度传感器及其制备方法。

背景技术

人类社会发展至今，大气环境的湿度始终与我们息息相关，类的各种生产生活包括工业生产、货物存储、气象监测、农业生产和居家生活等，无可避免地要受到周围环境湿度的影响。例如，电子元件的生产过程中，度的监控显得极其重要，度过高，产生结露，而造成短路，致元件的成品率低。在仓储方面，果湿度过低，会存在引发火灾的隐患，如果湿度过高，品或货物会加速腐败，质期变短。另外，人体感到最舒适的湿度范围一般在45%-55%RH之间，湿度过低，对粘膜产生刺激作用，长期处于低湿的环境中，至会引发肺部疾病；湿度过高，影响人体的排汗机能，长期处于高湿的环境中，至会引发关节炎等疾病。因而，湿度进行准确的测量对生产生活具有极其重要的意义。由于控制和了解湿度的重要性，因此人们研究并设计了一个测量湿度的传感器，湿度传感器也随之广泛运用到人们的生活和生产中并发挥着巨大的作用，然而一个好的湿度传感器有一些主要要求:高灵敏度、可逆性、快速响应时间、长寿命、高湿度选择性和稳定性。而早期的湿度传感器大多湿敏元都含有一些半导体材料，而衬底大多都是刚性的，因此对水蒸气的敏感度不够高，且响应时间和回复时间过长。由于刚性作为衬底，因此他只能用作到一些工业上，并且由于水蒸气和环境的侵蚀，导致其寿命变短，而我们研究的基于碳纳米管/二氧化钛/聚乙烯亚胺电阻型湿度传感器他是以聚二甲基硅氧烷薄膜作为柔性衬底，并且以大的比表面积的碳纳米管/二氧化钛/聚乙烯亚胺作为湿敏源。可以有很高的灵敏度和准确性，并且具有快速响应和恢复，可以广泛运用于生物传感器。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，提供一种基于碳纳米管/二氧化钛/聚乙烯亚胺复合膜的电阻型湿度传感器及其制备方法。

为了克服背景技术中存在的缺陷，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：传感器的传感单元包括以聚二甲基硅氧烷薄膜作为柔性衬底，丝网印刷在聚二甲基硅氧烷薄膜上的银叉指电极，滴涂在银叉指电极上的碳纳米管/二氧化钛/聚乙烯亚胺敏感层，其特征在于，所述敏感层为滴涂在聚二甲基硅氧烷薄膜衬底以及银叉指电极表面的碳纳米管/二氧化钛杂化多空材料，以及滴涂在碳纳米管/二氧化钛多空杂化材料表面的聚乙烯亚胺。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述敏感层的CNT与TiO₂的质量比为3:1

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述CNT为接枝羟基的CNT

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述TiO₂为表面改性的亲水性纳米级二氧化钛，其平均直径为2nm～5nm。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述CNT/ TiO₂杂化材料为多孔结构，且具有大的比表面积。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述碳纳米管的直径为5nm～15nm，长度为3～7µm。

基于碳纳米管/二氧化钛/聚乙烯亚胺复合膜的电阻型湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备接枝羟基的CNT：

a、在100ml去离子水中加入20g NaOH固体，使其充分溶解形成100ml5mol/L的氢氧化钠溶液；