CN104569079A - 一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器及其制备方法 - Google Patents

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魏大鹏
杨俊�
焦天鹏
史浩飞
杜春雷
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Abstract

本发明公开了一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器及其制备方法，包括基底和湿度敏感层，所述湿度敏感层为石墨烯纳米墙并附着于基底之上，发明提供的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器克服了现有常规湿度传感器的不足，具有功耗低、灵敏度高、测量精度高、稳定性高等优点。

Description

一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种湿度传感器及其制备方法，特别涉及到一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器及其制备方法。
背景技术
环境中的水蒸气吸附于感湿材料后，感湿材料电阻会有很大的变化，从而将湿度变化转变为电信号，依据此原理制成湿度传感器。通过湿度传感器对环境进行湿度测量，广泛应用于工农业生产、环境监测、气象、国防工业、科研等部门。现在市场上的湿度传感器类型为电阻式湿度传感器和电容式湿度传感器两种类型，主要产品有氯化锂电阻式湿度传感器、氧化铝湿度传感器、陶瓷湿度传感器等，但是其存在功耗大、灵敏度低、测量精度低、稳定性差等缺点。因此有必要研制一种新型的湿度传感器，解决现有湿度传感器普遍存在的功耗大、灵敏度低、测量精度低、稳定性差等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器及其制备方法，克服现有湿度传感器普遍存在的功耗大、灵敏度低、测量精度低、稳定性差等问题。
本发明的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器包括基底和湿度敏感层，所述湿度敏感层为石墨烯纳米墙并附着于基底之上。
进一步地，所述石墨烯纳米墙通过化学气相沉积于基底上面。
进一步地，所述石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器还包括平行电极对，所述平行电极对设置于石墨烯纳米墙上表面。
进一步地，所述平行电极对为银电极、镓铟电极或铝电极。
一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
1）将生长石墨烯纳米墙薄膜的基底置于丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗10-20min，并氮气吹干备用；
2）将干燥后的基底放置于CVD系统真空腔体中进行石墨烯纳米墙生长，获得石墨烯纳米墙，石墨烯纳米墙的生长条件为生长气压低于标准大气压，生长温度为650-750℃，真空腔体中通入氢气和甲烷的混合气，生长时间控制为20-30min，最终制备出少数层石墨烯纳米墙。
进一步地，完成步骤2）之后，然后在石墨烯纳米墙上面制作一对平行电极。
进一步地，制作平行电极对方法为热蒸镀、直流磁共溅射、丝网印刷或光刻。
进一步地，所述步骤1）中基底为铜箔、硅或石英片，并置于丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15min。
进一步地，所述步骤2）中石墨烯纳米墙的生长条件为生长气压低于标准大气压，生长温度为700℃，真空腔体中通入氢气和甲烷混合比例为2:3的混合气，生长时间为25min。
与现有技术相比，本发明的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器的有益效果在于：克服了现有常规湿度传感器的不足，具有功耗低、灵敏度高、测量精度高、稳定性高等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器结构示意图；
图2是本发明的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器典型应用示意图；
图3为将石墨烯纳米墙薄膜的SEM图；
图4为石墨烯纳米墙的拉曼图；
图5为石墨烯纳米墙薄膜湿度传感器在不同湿度下电阻响应的变化曲线；
图中各个标记所对应的名称分别为：基底1、湿度敏感层、平行电极对3。
具体实施方式
图1为石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器结构示意图，图2是本发明的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器典型应用示意图，图3为将石墨烯纳米墙薄膜的SEM图，图4为石墨烯纳米墙的拉曼图，图5为石墨烯纳米墙薄膜湿度传感器在不同湿度下电阻响应的变化曲线；如图所示：本实施例的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器包括基底1和湿度敏感层2，所述湿度敏感层2为石墨烯纳米墙并附着于基底1之上。
本发明的原理为：由于采用石墨烯纳米墙作为湿度传感器的湿度敏感层2，而湿度传感器的灵敏度与感湿材料的比表面积具有直接关系，比表面积越大，器件的灵敏度会越高，石墨烯纳米墙是三维结构，比表面积大，对环境中水蒸气吸附效果明显，而且其结构稳定，同时石墨烯纳米墙作为一种多层的石墨烯具有导电性能好、电学性能稳定等特点，因此石墨烯墙制备的湿度传感器具有功耗低、灵敏度高、测量精度高、稳定性高等优点。
本实施例中，所述石墨烯纳米墙通过化学气相沉积于基底1上面，具有制作工艺简单等优点。
本实施例中，所述石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器还包括平行电极对3，所述平行电极对3设置于石墨烯纳米墙上表面，方便采集到的湿度信号输出。
本实施例中，所述平行电极对3为银电极、镓铟电极或铝电极，具有结构简单、制作方便等优点。
一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器的制备方法，具体包括以下步骤：
1）将生长石墨烯纳米墙薄膜的基底1置于丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗10-20min，并氮气吹干备用；
2）将干燥后的基底1放置于CVD系统真空腔体中进行石墨烯纳米墙生长，获得石墨烯纳米墙，石墨烯纳米墙的生长条件为生长气压低于标准大气压，生长温度为650-750℃，真空腔体中通入氢气和甲烷的混合气，生长时间控制为20-30min，最终制备出少数层石墨烯纳米墙。
本实施例中，完成步骤2）之后，然后在石墨烯纳米墙上面制作一对平行电极，方便采集到的湿度信号输出。
本实施例中，制作平行电极对方法为热蒸镀、直流磁共溅射、丝网印刷或光刻，具有易于制作、工艺简单等特点。
本实施例中，所述步骤1）中基底1为铜箔、硅或石英片，并置于丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15min。
本实施例中，所述步骤2）中石墨烯纳米墙的生长条件为生长气压低于标准大气压，生长温度为700℃，真空腔体中通入氢气和甲烷混合比例为2:3的混合气，生长时间为25min。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器，其特征在于：包括基底（1）和湿度敏感层（2），所述湿度敏感层（2）为石墨烯纳米墙并附着于基底（1）之上。
2.根据权利要求1所述的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器，其特征在于：所述石墨烯纳米墙通过化学气相沉积于基底（1）上面。
3.根据权利要求1所述的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器，其特征在于：还包括平行电极对（3），所述平行电极对（3）设置于石墨烯纳米墙上表面。
4.根据权利要求3所述的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器，其特征在于：所述平行电极对（3）为银电极、镓铟电极或铝电极。
5.一种石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
将生长石墨烯纳米墙薄膜的基底（1）置于丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗10-20min，并氮气吹干备用；
将干燥后的基底（1）放置于CVD系统真空腔体中进行石墨烯纳米墙生长，获得石墨烯纳米墙，石墨烯纳米墙的生长条件为生长气压低于标准大气压，生长温度为650-750℃，真空腔体中通入氢气和甲烷的混合气，生长时间控制为20-30min，最终制备出少数层石墨烯纳米墙。
6.根据权利要求5所述的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于：完成步骤2）之后，然后在石墨烯纳米墙上面制作一对平行电极。
7.根据权利要求6所述的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于：制作平行电极对方法为热蒸镀、直流磁共溅射、丝网印刷或光刻。
8.根据权利要求5所述的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于：步骤1）中基底（1）为铜箔、硅或石英片，并置于丙酮、乙醇和去离子水中分别超声清洗15min。
9.根据权利要求5所述的石墨烯纳米墙电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于：步骤2）中石墨烯纳米墙的生长条件为生长气压低于标准大气压，生长温度为700℃，真空腔体中通入氢气和甲烷混合比例为2:3的混合气，生长时间为25min。
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