CN106841331A - 一种柔性电容式湿度传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性电容式湿度传感器，其特征在于：包括柔性衬底（1）、电极（2）和湿敏材料层（4）；所述电极（2）设置在柔性衬底（1）的一个表面上，柔性衬底（1）相对的另一个表面上设置有湿敏材料层（4），电极（2）和湿敏材料层（4）通过柔性衬底（1）隔开；所述电极（2）由导线引出。本发明柔性电容式湿度传感器，采用背面涂覆敏感材料的方式，以及电极保护层的设置，既能防止电极吸附水气之后被氧化，又能防止电极吸附水气对测量造成误差，提高测量的准确性，延长传感器的使用寿命，增强传感器的稳定性；同时所采用的PET材料柔软度好，可以任意弯曲，适用于多个领域。

Description

一种柔性电容式湿度传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及湿度传感器领域，尤其涉及一种对电极进行保护的柔性电容式湿度传感器及其制备方法。
背景技术
湿度传感器在军事、气象、农业、工业控制、医疗器械等许多领域有着广泛的应用。在过去的几十年里，有许多针对电容式、电阻式、压阻式、光学式等类型湿度传感器的研究。在商用领域中，电容式湿度传感器应用最为广泛，这是因为电容式湿度传感器灵敏度高、制造成本低、动态响应时间短、热损耗极小等特点。
传统湿度传感器采用硅基材料，而硅基材料具有机械脆性，不能维持较大的形变和瞬时的冲击等；材料的刚性也很难适用于诸如弯曲表面的触觉传感探测等。
同时，现有的柔性电容式湿度传感器通常没有对电极实行保护，湿度敏感材料直接填充在电极上，由于金属在长时间处于湿度环境下容易被氧化，造成稳定性降低、使用寿命较短等问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种柔性电容式湿度传感器及其制备方法，该湿度传感器灵敏度高、结构简单和稳定性好，广泛适用于多个领域。
本发明采用的技术方案如下：
一种柔性电容式湿度传感器，包括柔性衬底、电极和湿敏材料层；所述电极设置在柔性衬底的一个表面上，柔性衬底相对的另一个表面上设置有湿敏材料层，电极和湿敏材料层通过柔性衬底隔开；所述电极由导线引出。
进一步：所述电极表面涂覆有电极保护层。
进一步：所述电极沉积在柔性衬底底面；所述湿敏材料层旋涂在柔性衬底顶面。
进一步：所述电极通过丝网印刷技术形成在柔性衬底底面。
进一步：所述电极为叉指电极。
进一步：所述叉指电极为螺旋形。
进一步：所述柔性衬底采用 PET制成。
一种柔性电容式湿度传感器的制备方法，包括以下步骤:
S1：清除柔性衬底表面的污染物；
S2：在柔性衬底的顶面旋涂湿敏材料层，并干燥形成薄膜；
S3：在柔性衬底的底面通过丝网印刷工艺形成螺旋形电极；
S4：将电极由导线引出；
S5：在电极表面涂覆电极保护层材料。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明采用的背面涂覆敏感材料的方式可以对电极实施保护，防止电极吸附水气之后被氧化，也可以防止电极吸附水气对测量造成误差，提高测量的准确性，延长传感器的使用寿命，增强传感器的稳定性；
采用的PET材料比之前使用的LCP材料的柔软度更高,LCP材料大多用来作为基板材料，柔软度较低，本发明所采用的PET材料柔软度好，可以任意弯曲，且由于传感器的结构简单、易于制作、成本低等优点，可以广泛使用在生物医学和可穿戴设备等更多领域。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明实施例中柔性电容式湿度传感器的结构示意图。
图2是本发明实施例中电极的结构示意图。
图中有：1为柔性衬底，2为电极，3为电极保护层，4为湿敏材料层。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1 ，一种柔性电容式湿度传感器，包括柔性衬底1、电极2和湿敏材料层4；所述电极2设置在柔性衬底1的一个表面上，柔性衬底1相对的另一个表面上设置有湿敏材料层4，电极2和湿敏材料层4通过柔性衬底1隔开；所述电极2由导线引出。
上述结构的湿度传感器的工作原理：两个电极形成边缘电容，湿敏材料是边缘电容的介质，当湿敏材料吸收到外部环境中的水蒸气时，其敏感薄膜吸附水分子，介电常数发生改变，从而导致边缘电容发生相应的变化，测出环境的湿度。
在现有的电容式湿度传感器中，湿敏材料填充于电极之间，湿敏材料与电极接触；而本发明的柔性电容式湿度传感器中，电极2和湿敏材料层4分别设置于柔性衬底1的两面，电极2和湿敏材料层4之间不接触，防止电极吸附水气之后被氧化，达到对电极进行保护的目的，从而延长传感器的使用寿命。
作为优选：所述电极2沉积在柔性衬底1的底面；所述湿敏材料层4旋涂在柔性衬底1的顶面。
以上结构，湿敏材料层4旋涂在柔性衬底1顶面，电极2沉积在柔性衬底1的底面；由于湿敏材料层4直接旋涂在PET衬底上，而不与电极接触，这可以使得湿敏材料层厚度更为均匀。
作为优选：所述电极2表面涂覆有电极保护层3。电极保护层3将电极2完全覆盖，避免电极2吸附水分被氧化。
作为优选：所述电极2沉积在柔性衬底1底面；所述湿敏材料层4旋涂在柔性衬底1顶面。
作为优选：所述电极2通过丝网印刷技术形成在柔性衬底1底面。
作为优选：所述电极2为叉指电极。
作为优选：所述叉指电极为螺旋形。
以上电极为螺旋形，可以减小传感器的面积，同时可以减小柔性传感器折叠、弯曲之后对电极性能的影响；同时易于检测点湿度源。
作为优选：所述柔性衬底1采用 PET制成。
上述结构的湿度传感器，所述的柔性衬底1由PET材料制成，在现有的有机材料中，PET材料的低吸湿性虽然没有经常使用的LCP的低吸湿性好，但其柔软度要远远大于LCP材料，可以任意弯曲，所以采用PET材料作为湿度传感器的衬底可以在避免柔性衬底材料吸收环境中的水蒸气时根据适用场合的不同而对传感器进行不同程度的弯曲。
一种柔性电容式湿度传感器的制备方法，包括以下步骤:
S1：清除柔性衬底1表面的污染物；
S2：在柔性衬底1的顶面旋涂湿敏材料层4，并干燥形成薄膜；
S3：在柔性衬底1的底面通过丝网印刷工艺形成螺旋形电极2；
S4：将电极2由导线引出；
S5：在电极2表面涂覆电极保护层3材料。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种柔性电容式湿度传感器，其特征在于：包括柔性衬底（1）、电极（2）和湿敏材料层（4）；所述电极（2）设置在柔性衬底（1）的一个表面上，柔性衬底（1）相对的另一个表面上设置有湿敏材料层（4），电极（2）和湿敏材料层（4）通过柔性衬底（1）隔开；所述电极（2）由导线引出。
2.根据权利要求1所述的柔性电容式湿度传感器，其特征在于:所述电极（2）表面涂覆有电极保护层（3）。
3.根据权利要求2所述的柔性电容式湿度传感器，其特征在于:所述电极（2）沉积在柔性衬底（1）底面；所述湿敏材料层（4）旋涂在柔性衬底（1）顶面。
4.根据权利要求3所述的柔性电容式湿度传感器，其特征在于:所述电极（2）通过丝网印刷技术形成在柔性衬底（1）底面。
5.根据权利要求1或2或4所述的柔性电容式湿度传感器，其特征在于:所述电极（2）为叉指电极。
6.根据权利要求5所述的柔性电容式湿度传感器，其特征在于:所述叉指电极为螺旋形。
7.根据权利要求1或3所述的柔性电容式湿度传感器，其特征在于:所述柔性衬底（1）采用 PET制成。
8.一种基于权利要求1至7之一所述的柔性电容式湿度传感器的制备方法，其特征在于:包括以下步骤:
S1：清除柔性衬底（1）表面的污染物；
S2：在柔性衬底（1）的顶面旋涂湿敏材料层（4），并干燥形成薄膜；
S3：在柔性衬底（1）的底面通过丝网印刷工艺形成螺旋形电极（2）；
S4：将电极（2）由导线引出；
S5：在电极（2）表面涂覆电极保护层（3）材料。
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