[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

说明书

本发明提供了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，属于湿度传感器技术领域。本发明中碳基电极湿度传感元器件包括电解质及与电解质相接触的多孔碳基电极，电解质为第一酸改性聚苯并咪唑材料；多孔碳基电极为亲水多孔碳基电极或疏水多孔碳基电极，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得到，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得到；第一酸改性聚苯并咪唑材料和第二酸改性聚苯并咪唑材料分别为聚苯并咪唑原料经第一磷酸溶液和第二磷酸溶液改性得到，第一磷酸溶液的浓度大于第二磷酸溶液的浓度。本发明中碳基电极湿度传感元器件的信号重复性好且灵敏度高。

技术领域

本发明涉及湿度传感器技术领域，尤其涉及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。

背景技术

湿度传感器是人体呼吸和皮肤表面湿度检测的重要组成器件，与身体健康监测密切相关。为了实现高效检测，避免诊断过程中的交叉感染，开发能够实时跟踪检测、可穿戴、非接触感应、快速准确响应、超高灵敏度等多功能的湿度传感器已成为趋势。此外，多功能湿度传感器还在生活环境监测、可穿戴运动监测、农业领域和化工过程中得到了应用。目前，已公开的多功能化湿度传感器可以实现湿度检测(如CN 108918430 A、CN 109085204 A等)。由于目前湿度感应材料研究不充分，已开发的湿度传感器存在信号重复性低、灵敏度差进而无法正确感应湿度环境的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供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，本发明提供的碳基电极湿度传感元器件的信号重复性好且灵敏度高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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％。

本发明提供了上述技术方案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；