[发明专利]一种柔性湿度传感器及其制备方法和应用

说明书

本发明属于传感器技术领域，涉及一种柔性湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：将质量比为5:3的含银盐溶液和抗坏血酸溶液混合，在柔性织物基底上采用微滴喷射3D打印工艺进行电极打印，得到叉指电极；将用料比为(1.5‑4.5)mL：(0.3‑0.8)g：(0.2‑0.5)g的多壁碳纳米管、PVP粉末和氧化锡粉末加入去离子水中，混合搅拌后，超声波处理，得到混合溶液；对混合溶液进行静电纺丝，在叉指电极和基底上表面形成湿敏聚合物薄膜；待纺丝结束，烘干固化后，得到柔性湿度传感器。还公开了其在口罩上的应用，该柔性湿度传感器非常有效的结合了柔性材料和纳米材料，具有结构简单，轻薄便利，较高的灵活性和精度。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，尤其涉及一种柔性湿度传感器及其制备方法和应用。

背景技术

湿度传感器在工业测量、环境监测、智能家居、健康诊疗中发挥着重要的作用。传统的湿度传感器材料主要使用陶瓷、半导体材料和有机高分子材料，存在工作温度高、刚性差、选择性和响应恢复性不好以及制备工艺复杂等问题。近年来，随着微电子技术与先进制造技术的飞速发展，湿度传感器不断向灵敏度高、稳定性好、柔性化、微型化的趋势发展，并且可穿戴设备需求的日益增长正在促进柔性湿度传感器的快速发展。

柔性湿度传感器通常由柔性基底、电极、敏感层薄膜三部分组成。柔性基底材料一般分为塑料基底、纸质基底、织物基底，织物基底由于能够与服装和人体更好地集成和接触，因此在柔性可穿戴设备上具有很好的应用潜力。然而在柔性传感器的制备过程中，影响柔性传感器性能的主要因素在于敏感层薄膜和传感器的柔性电极。

传统柔性传感器在电极制备方面，通常采用镀膜、光刻、刻蚀等微电子加工技术，但存在制备过程复杂、成本高、污染环境、电极在多次使用后容易产生断路现象等缺点；传敏感薄膜制备中通常采用磁控溅射法、旋涂法，具有效率低、吸附性差、制造成本高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性湿度传感器及其制备方法和应用，解决了传统柔性传感器制备中敏感层薄膜和柔性电极存在的各种问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种柔性湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1、选取柔性织物基底；

将质量比为5:3的含银盐溶液和抗坏血酸溶液混合，在柔性织物基底上采用微滴喷射3D打印工艺进行电极打印，得到叉指电极；

S2、将用料比为(1.5-4.5)mL：(0.3-0.8)g：(0.2-0.5)g的多壁碳纳米管、PVP粉末和氧化锡粉末加入去离子水中，混合搅拌后，超声波处理，得到混合溶液；

对混合溶液进行静电纺丝，在叉指电极和基底上表面形成湿敏聚合物薄膜；

S3、待纺丝结束，烘干固化后，得到所述柔性湿度传感器。

进一步，S1中，含银盐溶液为硝酸银溶液。

进一步，S2中，所述静电纺丝的工艺参数为：电压为17-22KV，静电纺丝溶液推进速度0.4-3mL/h，喷头到平板收集器之间的距离为10-15cm，静电纺丝环境温度25℃-35℃，相对湿度环境为30％-60％。

进一步，S2中，混合搅拌2-2.5h。

进一步，S2中，超声波处理3-5分钟。

进一步，S3中，烘干固化的条件为：在100℃下烘干固化10-15分钟。

本发明还公开了所述制备方法制备得到的一种柔性湿度传感器，包括柔性织物基底、叉指电极和湿敏聚合物薄膜，所述叉指电极置于柔性织物基底之上，所述湿敏聚合物薄膜设置于叉指电极与柔性织物基底上，所述叉指电极与外部电路相连接。