CN103698358B - 一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法 - Google Patents
一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103698358B CN103698358B CN201210369332.8A CN201210369332A CN103698358B CN 103698358 B CN103698358 B CN 103698358B CN 201210369332 A CN201210369332 A CN 201210369332A CN 103698358 B CN103698358 B CN 103698358B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- humidity sensor
- porous
- aluminium flake
- preparation
- purity aluminium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 51
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 10
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 9
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 6
- 238000007745 plasma electrolytic oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 5
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000004115 Sodium Silicate Substances 0.000 claims description 4
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052911 sodium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 4
- BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N trisodium borate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]B([O-])[O-] BSVBQGMMJUBVOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N benzotriazole Chemical compound C1=CC=C2N[N][N]C2=C1 QRUDEWIWKLJBPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012964 benzotriazole Substances 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- YRIUSKIDOIARQF-UHFFFAOYSA-N dodecyl benzenesulfonate Chemical compound CCCCCCCCCCCCOS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 YRIUSKIDOIARQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229940071161 dodecylbenzenesulfonate Drugs 0.000 claims description 2
- 229940049920 malate Drugs 0.000 claims description 2
- BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N malic acid Chemical compound OC(=O)C(O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N vanadate(3-) Chemical compound [O-][V]([O-])([O-])=O LSGOVYNHVSXFFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N cerium(3+);trinitrate Chemical compound [Ce+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O HSJPMRKMPBAUAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 4-methyl-2-phenyl-1,3-thiazole-5-sulfonyl chloride Chemical compound S1C(S(Cl)(=O)=O)=C(C)N=C1C1=CC=CC=C1 NGDQQLAVJWUYSF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 150000001447 alkali salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- CMZUMMUJMWNLFH-UHFFFAOYSA-N sodium metavanadate Chemical compound [Na+].[O-][V](=O)=O CMZUMMUJMWNLFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011684 sodium molybdate Substances 0.000 description 1
- 235000015393 sodium molybdate Nutrition 0.000 description 1
- TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N sodium molybdate (anhydrous) Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O TVXXNOYZHKPKGW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FIWQZURFGYXCEO-UHFFFAOYSA-M sodium;decanoate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCC([O-])=O FIWQZURFGYXCEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 229910000166 zirconium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器及其制备方法，属于指示环境湿度的元器件技术领域。利用暂态自反馈微弧氧化技术在高纯铝薄片上制备一层稳定的多孔α-Al2O3陶瓷膜为感湿介质层，从而使Al2O3湿度传感器改善或克服了长期漂移、结构不稳定的问题。本发明的湿度传感器测量范围宽，灵敏度高、重现性和稳定性好，可广泛应用于工业过程控制、环境湿度检测等环境。
Description
技术领域
本发明涉及指示环境湿度的元器件技术领域，具体涉及一种多孔陶瓷氧化铝（Al2O3）型湿度传感器及其制备方法。
背景技术
湿度测量在冶金、电子、航空航天领域的应用越来越广泛。目前，湿度传感器主要有电解质型、高分子型和半导体性型，但它们都存在一定的局限性，主要表现在：电解质湿度传感器具有测量范围窄、可重复性差、使用寿命短等缺点；高分子化合物湿度传感器具有感湿性能好、灵敏度高等优点，但在高温和高湿条件下性能变差、稳定性差、抗腐蚀和抗沾污能力差；半导体陶瓷材料湿度传感器具有感湿性能较好、生产简单、成本低、响应时间短、可加热清洗等优点，但精确度较低、高温下性能差、难以集成化。
近些年，纳米氧化铝薄膜湿度传感器是目前性能非常优良的湿度传感器之一，主要因为它具有感湿范围宽，响应速度快，抗结露及抗污染能力强，无须加热清洗及长期使用性能稳定可靠，能满足干燥过程中微量水分检测的需要，以及可集成化等优点。目前制备纳米氧化铝的常规方法为低场和高场阳极氧化法。采用低场法制备的纳米氧化铝薄膜在高湿度的环境中一段时间后，会导致电容特性的漂移和灵敏度的降解现象，这主要归因于水在孔中的渗透现。在高场氧化工艺中，阳极电火花沉积能够产生多孔的α-Al2O3薄膜，这种方法得到的传感器在湿度传感器中几乎不会发生降解现象。火花沉积通常在熔融的盐（通常在碱性盐）中进行。由于瞬时电流密度很大（~104A/cm2）释放的能量很大，已经沉积的Al2O3阻碍型薄膜发生击穿，并且产生电火花。及其高的电火花使得Al2O3局域化熔解，导致产生多孔结构。在一定酸性溶液和较低的电压下，重新氧化多孔α-Al2O3能够有效的增加薄膜电阻。通过这种方法得到的有良好的灵敏性和快速的响应。因此，高场氧化工艺成为目前主要的研究方向。
发明内容
本发明目的在于提供一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器及其制备方法，通过采用暂态自反馈微弧氧化法，在高纯铝表面形成一种立体式多孔网状薄膜，提高湿度传感器的稳定性、灵敏性和响应速率，同时其工艺流程简单、高效、可靠性强。
本发明的技术方案为：
一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器，包括高纯铝片、多孔氧化铝（Al2O3）陶瓷膜、导电极及铜导线；所述高纯铝片作为中间层，铝片的外表面覆有多孔Al2O3陶瓷膜，多孔Al2O3陶瓷膜的上下两个表面分别镀有导电薄膜作为导电极，铜导线通过银浆与导电极连接；所述多孔Al2O3陶瓷膜为感湿介质层。
所述高纯铝片纯度为99.99％。
所述Al2O3为α相，多孔Al2O3陶瓷膜厚度为15～30μm。
所述导电极厚度为40～60nm，导电极材料为金、钌、钯或碳。
上述多孔陶瓷Al2O3型湿度传感器的制备方法，包括如下步骤：
（1）在高纯铝片表面，利用暂态自反馈微弧氧化法制备多孔Al2O3陶瓷膜；
（2）在多孔Al2O3陶瓷膜的两个表面分别镀一层导电薄膜作为导电极；
（3）利用银浆分别在两个导电极一角制作导电点，导电点再连接铜导线，从而得到多孔陶瓷Al2O3型湿度传感器元件。
步骤（1）中暂态自反馈微弧氧化的控制工艺为：将高纯铝薄片置于含有电解液的不锈钢槽体中，高纯铝作为工作电极，不锈钢作为对电极构成电解回路；通过向电解回路施加带有高频载波的双脉冲方波电压，对高纯铝进行氧化处理，并控制电流密度0.2～20A/dm2，处理时间为30-200min，处理温度不高于50℃。
所述的高频载波的双脉冲方波电压为母体方波电压和高频载波方波电压叠加而成，采用正负双极性脉冲电源提供电能；其中：母体方波电压频率为100～400Hz，正向电压幅值为250-400V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为450-700V，脉宽为0.4ms；高频载波方波电压幅值范围为50-300V，高频载波频率范围为2000-3000Hz。
所述电解液以水为溶剂，溶质为氢氧化钠、硅酸钠、硼酸钠、钒酸盐、硝酸盐、十二烷基苯磺酸盐、苯并三氮唑和苹果酸盐中的一种或几种，溶质的总浓度为5~30g/L；控制电解液的pH为8-12(利用稀释的NaOH，或者稀硝酸溶液调节)。
采用暂态自反馈微弧氧化法在高纯铝表面制备的多孔Al2O3陶瓷膜为致密层，硬度≥1200Hv，耐盐雾时间≥1800h，表面粗糙度Ra0.10μm～0.3μm。
在步骤（1）之前还需要对高纯铝片进行预处理，其预处理工艺为：高纯铝片在超声波作用下采用丙酮除油15～20min，再将除油后的高纯铝片在1mol/L的NaOH溶液中放置2~10min，以除去自然氧化层。
本发明的优点及有益效果如下：
1、本发明所述的暂态自反馈微弧氧化法是一种在高场条件下的氧化，所施加的是一种带有高频载波的脉冲方波电压，所施加的脉冲电压的幅值要明显小于常规微弧氧化过程形成微等离子体弧光放电所要求临界火花电压，但高于普通阳极氧化的电压，属于阳极氧化法拉第电位区。这样有利于在一般阳极氧化的法拉第电位区形成微等离子体并产生α-Al2O3相变，提升多孔Al2O3陶瓷型湿度传感器薄膜微结构化学稳定性。
2、本发明施加高频方波载波，可以控制微弧喷发强度与烧结强度的转化，抑制微等离子体的在冲击氧化时的弧光喷发现象，使能量施加合理有效地用于Al2O3相转化，优化两种晶态共同生长转化过程。利用α-Al2O3调整微结构的化学稳定性，控制其生长分布状态，调控晶粒大小、晶格取向，可以有效地调控微结构与相转化之间的相互作用，同时获得具有孔隙均匀、微结构稳定、相变充分的多孔Al2O3陶瓷型湿度传感器薄膜。
附图说明
图1为本发明多孔陶瓷Al2O3型湿度传感器结构示意图；其中：1-多孔Al2O3陶瓷膜；2-导电极；3-导电点；4-铜导线。
图2为本发明多孔陶瓷Al2O3型湿度传感器α-Al2O3薄膜微观照片。
图3为本发明多孔陶瓷Al2O3型湿度传感器α-Al2O3的XRD谱图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详述本发明。
如图1所示，本发明多孔陶瓷Al2O3型湿度传感器，包括高纯铝片、多孔Al2O3陶瓷膜（多孔陶瓷Al2O3湿度敏感薄膜）1、导电极2及铜导线4；高纯铝片作为中间层，通过暂态自反馈微弧氧化技术在铝片的表面制备多孔Al2O3陶瓷膜1，多孔Al2O3陶瓷膜1的上下两个表面分别镀有导电薄膜作为导电极2，铜导线4通过导电点3与导电极2连接；所述导电点3为导电银浆，经常温固化24小时后形成的；所述多孔Al2O3陶瓷膜为感湿介质层。
所述导电极材料可以是钌、钯、化学沉积碳等，但并不限于此；导电极材料可以通过离子刻蚀镀膜仪喷镀金属；所述导电点材料也可以用钌、钯等材料，但并不限于此。
实施例1
本实施例多孔陶瓷Al2O3型湿度传感器制备工艺如下：
1、高纯铝试片的预处理
本实施例中高纯铝试样的尺寸为50mm×50mm×0.5mm，纯度为99.99％。其预处理工艺为，在超声波作用下采用丙酮除油15～20min。在除油后在1mol/L的NaOH溶液中放置约5min，以除去自然氧化层，待用。
2、采用暂态自反馈微弧氧化技术制备多孔陶瓷Al2O3湿度敏感薄膜
将预处理完成后的高纯铝试片置于含有电解液的不锈钢槽体中，高纯铝作为工作电极，不锈钢作为对电极构成回路。利用杜尔考特Ⅳ型大功率脉冲电源向电解回路施加带有高频载波的双脉冲方波电压对高纯铝进行氧化在铝片的表面制备多孔Al2O3陶瓷膜，属于高电场下氧化的制备方法。
电解液的主要组成为氢氧化钠3~5g/L，硅酸钠2~5g/L，硼酸钠5～7g/L，钒酸钠3～4g/L，苹果酸钠0.7~1.2g/L，硝酸钇为0.2～3g/L，硝酸铈0.8～2.1g/L，十二烷基苯磺酸钠0.1～0.5g/L，苯并三氮唑0.5～1g/L，其余为水。电解液pH值为8～11(利用稀释的NaOH，或者稀硝酸溶液调节)。母体双脉冲方波电压脉冲频率为240～280Hz，正向脉冲电压幅值为350～370V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为500~550V，脉宽为0.4ms；高频载波频率2000Hz，高频载波幅值为80～100V；电流密度1.5~16A/dm2，氧化时间140~150min，处理温度不高于40℃。上述参数和设备仪器仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
所制备的氧化膜为致密层，经测试其硬度1600Hv，盐雾时间3000h，表面粗糙度Ra0.15μm。其微观形貌SEM如图2所示，相结构的XRD谱图如图3所示。从图2和图3可以看出，在用上述方法制备的Al2O3陶瓷薄膜孔洞分布均匀，膜层厚度为20μm左右，Al2O3为α相。相比传统在低场下制备的γ-Al2O3，其微结构的稳定性、灵敏性和响应速率都有很大提高，同时使工艺流程简单、高效、可靠性强。
3、镀导电极（金电极）
多孔陶瓷Al2O3薄膜上下表面，利用美国Gatan公司生产的682型离子刻蚀镀膜仪喷镀金(Au)，喷镀时间为10min，电压为6KeV，沉积电流为200mA，金(Au)纯度大于99.99%。喷镀的金层厚度约40-60nm。上述参数和仪器设备仅用于说明本发明，而非用于限定本发明。
4、制备导电点，连接铜导线
采用导电DAD-40导电胶银浆(上海市合成树脂研究生产)，将铜导线固定在多孔陶瓷Al2O3薄膜上下表面的金电极上，导电点要将铜导线一端完全覆盖住，铜导线不要与金电极直接接触。上述步骤完成后，得到湿敏元件。
5、检测
表1为本实施例所提供的湿度传感器元件性能的测试结果：本实施例提供的湿度传感器元件具有宽量程、高精度、响应时间短、稳定性好等特性。
湿度传感器元件基本参数
表1
实施例2
与实施例1不同之处在于：步骤2采用暂态自反馈微弧氧化技术制备多孔陶瓷Al2O3湿度敏感薄膜时：
电解液的主要组成为：氢氧化钠3~5g/L，硅酸钠2~5g/L，硼酸钠5~8g/L，钼酸钠0.2～0.8g/L，癸酸钠0.8~1.9g/L，苹果酸钠0.7~1.2g/L，硝酸铈0.8～2.1g/L，电解液pH值为5~8(利用稀释的NaOH，或者稀硝酸溶液调节)。采用杜尔考特Ⅳ型大功率脉冲电源向电解回路施加带有高频载波的双脉冲方波电压，母体方波脉冲电压脉冲频率为320～340Hz，正向脉冲电压幅值为330～350V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为540～620V，脉宽为0.4ms；高频载波频率2500～2800Hz，高频载波电压幅值为70～120V；电流密度控制在1.5~18A/dm2，氧化时间180～220min，处理温度不高于40℃。
所制备的氧化膜所制备的氧化膜为致密层，厚度为15～20μm之间，为α-Al2O3。经测试其硬度1700Hv，盐雾时间2400h，表面粗糙度Ra0.18μm～0.23μm。相比传统在低场下制备的γ-Al2O3，其微结构的稳定性、灵敏性和响应速率都有很大提高，同时使工艺流程简单、高效、可靠性强。
测试结果表明：本实施例提供的湿度传感器元件具有宽量程、高精度、响应时间短、稳定性好等特性。
上述实施例为本发明在铝合金表面较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未在本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法，其特征在于：所述湿度传感器包括高纯铝片、多孔Al2O3陶瓷膜、导电极及铜导线；所述高纯铝片作为中间层，高纯铝片的外表面覆有多孔Al2O3陶瓷膜，多孔Al2O3陶瓷膜的上下两个表面分别镀有导电薄膜作为导电极，铜导线通过银浆与导电极连接；所述多孔Al2O3陶瓷膜为感湿介质层；
所述多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法包括如下步骤：
(1)在高纯铝片表面，利用暂态自反馈微弧氧化法制备多孔Al2O3陶瓷膜；所述暂态自反馈微弧氧化的控制工艺为：将高纯铝片置于含有电解液的不锈钢槽体中，高纯铝片作为工作电极，不锈钢作为对电极构成电解回路；通过向电解回路施加带有高频载波的双脉冲方波电压，对高纯铝片进行氧化处理，并控制电流密度0.2～20A/dm2，处理时间为30-200min，处理温度不高于50℃；所述高频载波的双脉冲方波电压为母体方波电压和高频载波方波电压叠加而成；其中：母体方波电压频率为100～400Hz，正向电压幅值为250-400V，脉宽为0.6ms，负向电压幅值为450-700V，脉宽为0.4ms；高频载波方波电压幅值范围为50-300V，高频载波频率范围为2000-3000Hz；
(2)在多孔Al2O3陶瓷膜的两个表面分别镀一层导电薄膜作为导电极；
(3)利用银浆分别在两个导电极一角制作导电点，导电点再连接铜导线，从而得到多孔陶瓷Al2O3型湿度传感器元件。
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法，其特征在于：所述高纯铝片纯度为99.99％。
3.根据权利要求1所述的多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法，其特征在于：所述Al2O3为α相，多孔Al2O3陶瓷膜厚度为15～30μm。
4.根据权利要求1所述的多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法，其特征在于：所述导电极厚度为40～60nm，导电极材料为金、钌、钯或碳。
5.根据权利要求1所述的多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述电解液以水为溶剂，溶质为氢氧化钠、硅酸钠、硼酸钠、钒酸盐、硝酸盐、十二烷基苯磺酸盐、苯并三氮唑和苹果酸盐中的一种或几种，溶质的总浓度为5～30g/L；控制电解液的pH为8-12。
6.根据权利要求1所述的多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法，其特征在于：步骤(1)之前对高纯铝片进行预处理，其预处理工艺为：高纯铝片在超声波作用下采用丙酮除油15～20min，再将除油后的高纯铝片在1mol/L的NaOH水溶液中放置2～10min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210369332.8A CN103698358B (zh) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210369332.8A CN103698358B (zh) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103698358A CN103698358A (zh) | 2014-04-02 |
| CN103698358B true CN103698358B (zh) | 2015-11-18 |
Family
ID=50359961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210369332.8A Expired - Fee Related CN103698358B (zh) | 2012-09-27 | 2012-09-27 | 一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103698358B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108955929B (zh) * | 2018-05-23 | 2020-05-15 | 哈尔滨工程大学 | 一种原位生长氧化铝载体温湿度集成传感器的制造方法、传感器及工作方法 |
| CN110186945B (zh) * | 2019-05-21 | 2022-03-04 | 东莞东阳光科研发有限公司 | 一种电解电容器用电极箔的三维形貌检测方法 |
| CN113929456B (zh) * | 2021-09-23 | 2022-09-30 | 常州联德电子有限公司 | 氧化锆基高温湿度传感器材料的制备方法 |
| CN114280108A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-04-05 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | 一种铝基多孔氧化铝薄膜湿敏传感器及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101105468A (zh) * | 2007-04-30 | 2008-01-16 | 华南理工大学 | 多孔阳极氧化铝湿度传感器及其制备方法 |
| CN101629927A (zh) * | 2009-08-13 | 2010-01-20 | 上海交通大学 | 多孔氧化铝膜湿敏传感器的制备方法 |
| CN102507660A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-06-20 | 电子科技大学 | 一种基于氧化铝纳米线薄膜的湿敏传感器及其制备方法 |
| CN102639993A (zh) * | 2009-12-22 | 2012-08-15 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 应用阳极氧化铝膜的快速响应的相对湿度传感器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001249097A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-14 | Fuji Electric Co Ltd | ＬｉＣｌ湿度センサの感湿素子 |
-
2012
- 2012-09-27 CN CN201210369332.8A patent/CN103698358B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101105468A (zh) * | 2007-04-30 | 2008-01-16 | 华南理工大学 | 多孔阳极氧化铝湿度传感器及其制备方法 |
| CN101629927A (zh) * | 2009-08-13 | 2010-01-20 | 上海交通大学 | 多孔氧化铝膜湿敏传感器的制备方法 |
| CN102639993A (zh) * | 2009-12-22 | 2012-08-15 | 纳米及先进材料研发院有限公司 | 应用阳极氧化铝膜的快速响应的相对湿度传感器 |
| CN102507660A (zh) * | 2011-11-21 | 2012-06-20 | 电子科技大学 | 一种基于氧化铝纳米线薄膜的湿敏传感器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 曹佩韦，等.一种新型的α-Al<sub/>2</sub>O<3<绝对湿度传感器.《2002 - 2002年全国湿度、水分、气体学术交流会 》.2002, * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103698358A (zh) | 2014-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rogov et al. | The role of cathodic current in plasma electrolytic oxidation of aluminum: Phenomenological concepts of the “soft sparking” mode | |
| Mohedano et al. | Role of particle type and concentration on characteristics of PEO coatings on AM50 magnesium alloy | |
| CN103698358B (zh) | 一种多孔陶瓷氧化铝型湿度传感器的制备方法 | |
| Yao et al. | Growth characteristics of plasma electrolytic oxidation ceramic coatings on Ti–6Al–4V alloy | |
| CN101654799B (zh) | 一种超高速制备高度有序多孔阳极氧化铝膜的方法 | |
| Elias et al. | Electrodeposition of gold thin films with controlled morphologies and their applications in electrocatalysis and SERS | |
| jiang Yang et al. | Electrochemical behavior of PbO2 nanowires array anodes in a zinc electrowinning solution | |
| Nady et al. | Ni–Cu nano-crystalline alloys for efficient electrochemical hydrogen production in acid water | |
| Wu et al. | Pulse-reverse electrodeposition of transparent nickel phosphide film with porous nanospheres as a cost-effective counter electrode for dye-sensitized solar cells | |
| CN101775586A (zh) | 在非铝基底上电化学定向生长多孔Al2O3膜的制备方法 | |
| Sarma et al. | Synergistic enhancement in the capacitance of nickel and cobalt based mixed oxide supercapacitor prepared by electrodeposition | |
| Kim et al. | Fabrication of TiO2 nanotube arrays and their application to a gas sensor | |
| Song et al. | Influence of graphene oxide content on the Zn-Gr composite layer prepared by pulse reverse electro-plating | |
| Bajat et al. | Corrosion stability of oxide coatings formed by plasma electrolytic oxidation of aluminum: optimization of process time | |
| CN103695980A (zh) | 一种铝合金表面单层微弧氧化陶瓷膜的制备方法 | |
| CN111521656B (zh) | 一种高灵敏度高稳定性掺硼金刚石微电极及其制备方法和应用 | |
| CN110487768A (zh) | 一种表面具有原位制备的金属纳米棒阵列的光纤探针及其制备方法 | |
| Cao et al. | Inherent superhydrophobicity of Sn/SnOx films prepared by surface self-passivation of electrodeposited porous dendritic Sn | |
| Pierozynski | On the Ethanol electrooxidation reaction on catalytic surfaces of Pt in 0.1 M NaOH | |
| CN104562097B (zh) | 一种自支撑镍纳米线阵列膜的制备方法 | |
| CN204177762U (zh) | 一种掺氮二氧化钛纳米管氢气传感器 | |
| Ozcan et al. | Effect of hydrogen and oxygen plasma treatments on the electrical and electrochemical properties of zinc oxide nanorod films on zinc substrates | |
| Hossain et al. | Effect of deposition parameters on the morphology and electrochemical behavior of lead dioxide | |
| CN104391013A (zh) | 一种掺氮二氧化钛纳米管氢气传感器及其制备方法 | |
| Pierozynski et al. | Kinetics of hydrogen evolution reaction at nickel-coated carbon fiber materials in 0.5 M H2SO4 and 0.1 M NaOH solutions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151118 Termination date: 20160927 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |