[发明专利]一种碳基电极湿度传感元器件及其制备方法、碳基电极湿度传感器和应用

权利要求书

1.一种碳基电极湿度传感元器件，包括电解质以及与所述电解质相接触的多孔碳基电极，所述电解质为第一酸改性聚苯并咪唑材料；

所述多孔碳基电极为亲水多孔碳基电极或疏水多孔碳基电极，所述亲水多孔碳基电极为第一酸改性聚苯并咪唑材料经激光加工制备得到，所述疏水多孔碳基电极为聚苯并咪唑原料或第二酸改性聚苯并咪唑材料经激光加工制备得到；

其中，所述第一酸改性聚苯并咪唑材料为聚苯并咪唑原料经第一磷酸溶液改性得到，所述第二酸改性聚苯并咪唑材料为聚苯并咪唑原料经第二磷酸溶液改性得到，且所述第一磷酸溶液的浓度大于所述第二磷酸溶液的浓度。

2.根据权利要求1所述的碳基电极湿度传感元器件，其特征在于，所述碳基电极湿度传感元器件包括电阻型湿度传感元器件或电容型湿度传感元器件；

当所述碳基电极湿度传感元器件为电阻型湿度传感元器件时，所述多孔碳基电极呈连续分布状态，且所述多孔碳基电极与所述电解质叠层设置；

当所述碳基电极湿度传感元器件为电容型湿度传感元器件时，所述多孔碳基电极为叉指电极或对称电极，且所述多孔碳基电极的包夹区域设置有所述电解质。

3.根据权利要求1或2所述的碳基电极湿度传感元器件，其特征在于，所述亲水多孔碳基电极的接触角90°，所述疏水多孔碳基电极的接触角90°；所述亲水多孔碳基电极和疏水多孔碳基电极的孔隙率独立地≤50％，比表面积独立地≤1500m²/g。

4.根据权利要求1所述的碳基电极湿度传感元器件，其特征在于，所述第一酸改性聚苯并咪唑材料的体积溶胀率为20～122％，质量溶胀率为5～30％。

5.权利要求1～4任一项所述碳基电极湿度传感元器件的制备方法，

(1)当多孔碳基电极为亲水多孔碳基电极时，包括以下步骤：

将聚苯并咪唑原料浸泡于第一磷酸溶液中进行改性处理，得到第一酸改性聚苯并咪唑材料；

在所述第一酸改性聚苯并咪唑材料的单面进行激光加工，使部分第一酸改性聚苯并咪唑材料碳化形成亲水多孔碳基电极，得到碳基电极湿度传感元器件；

(2)当多孔碳基电极为疏水多孔碳基电极时，包括以下步骤：

将聚苯并咪唑原料浸泡于第二磷酸溶液中进行改性处理，得到第二酸改性聚苯并咪唑材料；

将聚苯并咪唑原料或所述第二酸改性聚苯并咪唑材料叠层复合于所述第一酸改性聚苯并咪唑材料的单面，然后在所述聚苯并咪唑原料或第二酸改性聚苯并咪唑材料的表面经激光加工形成疏水多孔碳基电极，得到碳基电极湿度传感元器件；

或者，在所述聚苯并咪唑原料或第二酸改性聚苯并咪唑材料的表面经激光加工得到疏水多孔碳基电极，然后将所述疏水多孔碳基电极与所述第一酸改性聚苯并咪唑材料复合，得到碳基电极湿度传感元器件。

6.根据权利要求5所述的碳基电极湿度传感元器件，其特征在于，所述第一磷酸溶液的浓度为1～100wt％，所述第二磷酸溶液的浓度≤5wt％。

7.根据权利要求5所述的碳基电极湿度传感元器件，其特征在于，所述亲水多孔碳基电极和疏水多孔碳基电极的激光加工条件独立地包括：所用激光为二氧化碳激光，所述二氧化碳激光的波长为10.6μm，功率≤10W，扫描速度为1～12inch/s，图像密度为200～1000PPI。

8.一种碳基电极湿度传感器，包括权利要求1～4任一项所述碳基电极湿度传感元器件或权利要求5～7任一项所述制备方法制备得到的碳基电极湿度传感元器件、金属箔片以及连接所述金属箔片与碳基电极湿度传感元器件的导电胶；所述金属箔片设置在所述碳基电极湿度传感元器件中多孔碳基电极相对的两端。

9.权利要求8所述碳基电极湿度传感器在湿度感应中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，当所述碳基电极湿度传感元器件为电阻型湿度传感元器件时，所述电阻型湿度传感元器件的湿度检测范围为RH 0％～RH 100％，湿度传感灵敏度为0.1～0.319％/RH％；响应时间≤100s，回复时间≤500s；

当所述碳基电极湿度传感元器件为电容型湿度传感元器件时，所述电容型湿度传感元器件的湿度检测范围为RH 0％～RH 100％，湿度传感灵敏度为1×10³～1.16×10⁶pF/RH％；响应时间≤100s，回复时间≤300s。