[发明专利]湿度传感器及其制作方法

说明书

一种湿度传感器及其制作方法，该湿度传感器包括：基底层；电极层，包括湿度传感器的电容的两极；丝素蛋白感湿层，设置于电容的两极之间，用于作为电容的介电材料，丝素蛋白感湿层中包括丝素蛋白，丝素蛋白感湿层的表面设置有纤维结构。在丝素蛋白感湿层表面制造纤维结构，能够提高湿度传感器在工作时与空气的接触面积，从而提高湿度传感器的灵敏度和响应速度。

技术领域

本申请涉及电子领域，尤其涉及一种湿度传感器及其制作方法。

背景技术

湿度传感器用于测量空气中的水蒸气的含量，可以广泛地应用于气象、军事、工业、农业、医疗、建筑、家用电器及日常生活等需要湿度监测、控制与报警的各种场合。

根据工作原理不同，湿度传感器包括电阻式、电容式、电解质离子型等多种类型。其中，电容式湿度传感器具有灵敏度高、响应速度快、容易实现小型化和集成化等优点。电容式湿度传感器的介质层通常采用金属氧化物或高分子薄膜制成。常用的半导体金属氧化物包括氧化锌、氧化铝等，高分子材料包括聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。其工作原理是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，其中电容变化量与相对湿度成正比。

近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。随着湿度传感器向各个领域的渗漏，业界对湿度传感器的性能要求也越来越高，例如，业界聚焦于研发在控制成本的基础上，灵敏度和响应速度更快的湿度传感器。

发明内容

本申请提供一种湿度传感器及其制作方法，能够实现更高的检测灵敏度和更快的响应速度。

第一方面，提供了一种湿度传感器，包括：基底层；电极层，包括所述湿度传感器的电容的两极；丝素蛋白感湿层，设置于所述电容的两极之间，用于作为所述电容的介电材料，所述丝素蛋白感湿层中包括丝素蛋白，所述丝素蛋白感湿层的表面设置有纤维结构。

在本申请实施例中，在丝素蛋白感湿层表面制造纤维结构，能够提高湿度传感器在工作时与空气的接触面积，从而提高湿度传感器的灵敏度和响应速度。

在一种可能的实现方式中，所述纤维结构包括直径为1纳米～100微米范围内的纤维单元。

在本申请实施例中，在丝素蛋白薄膜表面制备出微纳米的纤维结构，作用在于显著提升感湿层的比表面积，提高感湿层的吸水/失水速率，从而提升电容响应幅度和速度，尤其是在低湿度区的电容变化幅度可提高数倍，进而提高湿度传感器的测试灵敏度和响应速度。

在一种可能的实现方式中，所述丝素蛋白感湿层中的至少部分丝素蛋白的分子链结构为结晶状态中的β折叠结构。

在一种可能的实现方式中，所述丝素蛋白感湿层中的30％以上的丝素蛋白的分子链结构为结晶状态中的β折叠结构。

在一种可能的实现方式中，所述丝素蛋白感湿层是将丝素蛋白在水蒸气、小分子的有机极性溶液或其蒸汽中放置预设时长，以使得至少部分丝素蛋白的分子链结构转变为结晶状态中的β折叠结构而得到的。

在本申请实施例中，湿度传感器中采用了丝素蛋白感湿层作为介电材料，丝素蛋白感湿层采用水蒸气处理，或在小分子的有机极性溶液或其蒸气中浸泡预设时长之后得到的，经过处理的丝素蛋白感湿层中的β折叠结构大幅提高，由于β折叠结构不溶于水，在湿度环境中能够降低薄膜中的结合水含量，同时提高游离水的含量，从而实现丝素蛋白感湿层的感湿效率的提升，或者说，提高了电容变化速率，进而提高湿度传感器的灵敏度。

在一种可能的实现方式中，所述小分子的有机极性溶液包括以下至少一项：无水甲醇、甲醇溶液、无水乙醇、乙醇溶液。

第二方面，提供了一种湿度传感器，包括：基底层；电极层，包括所述湿度传感器的电容的两极；丝素蛋白感湿层，设置于所述电容的两极之间，用于作为所述电容的介电材料，所述丝素蛋白感湿层中包括丝素蛋白，所述丝素蛋白感湿层中的20％以上的丝素蛋白的分子链结构为结晶状态中的β折叠结构。