CN107179338A - 一种微型电阻式湿度传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微型电阻式湿度传感器及其制备方法。该传感器包括由PA66纳米纤维束、碳纳米管和聚乙烯醇组成的复合纤维束以及与纤维束两端固定连接的导电线路，复合纤维束的直径为30～120μm、长度为0.3～3cm。本发明采用静电纺丝工艺制备得到PA66纳米纤维束，然后将其在碳纳米管的分散液中经超声处理制备出PA66/CNTs复合纤维束，最后将该复合纤维束两端与导电线路连接并在聚乙烯醇的水溶液中浸润，浸润完成后通过冷冻解冻或加热干燥即得到所述的微型电阻式湿度传感器。该传感器克服了现有湿度传感器普遍存在的问题，具有成本低、功耗低、响应速度快等优点，采用柔性基地且结构小型化，可广泛应用于各个领域中。

Description

一种微型电阻式湿度传感器及其制备方法
技术领域
本发明属于湿度敏感材料技术领域，具体涉及一种微型电阻式湿度传感器及其制备方法。
技术背景
湿度传感器在日常生活、工业、农业、国防、军事等领域应用极为广泛，其性能可靠，已经成为当前各应用系统关注的热点。随着现代化建设和国民经济的深入发展，社会对湿度传感器的要求也越来越高，如果湿度不能合乎要求，生产出来的材料和产品的性能品质会大大降低，成品率大大下降。
湿度传感器可对环境湿度进行测量，被广泛应用于工业、农业生产、气象、科研、环境监测、国防工业等部门，在现代化发展中具有重要的作用。国内原有的以氯化锂电解质为湿敏材料的湿度传感器由于感湿范围窄、需多片连用，导致使用过程中占用体积大、易潮解，因此在各个领域中无法得到广泛的应用。常用的半导体湿度传感器在使用过程中虽然具有一定的优点、应用较为广泛，但是其制造工艺复杂、一致性差，且需要定期加热清洗，耗费人力物力，增加了使用成本。目前使用的大多数湿度传感器存在功耗大、响应时间长、测量精度低、稳定性差等缺点，而且常规的湿度传感器通常是刚性的、体积较大，这些特点大大限制了湿度传感器在多种领域内的广泛应用。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种微型电阻式湿度传感器及其制备方法。该湿度传感器克服了现有湿度传感器普遍存在的问题，具有成本低、功耗低、响应速度快等优点，另外采用了柔性基底且结构小型化，可广泛应用于各个领域中；该湿度传感器制备方法操作简单、成本低、效率高。
湿度传感器在使用过程中，湿敏材料受环境中水蒸气的影响，其电学、光学、重量等性能会发生变化，从而将湿度变化转变为电信号、折射率、质量等信号，大多数湿度传感器就是依此原理制成。本发明采用尼龙66(PA66)与碳纳米管(CNTs)复合得到PA66/CNTs复合纤维束，PA66/CNTs复合纤维束与导电线路连接固定之后，通过在聚乙烯醇(PVA)的水溶液中浸润处理，然后再经过冷冻解冻或者加热干燥处理，即可得到本发明所述的微型电阻式湿度传感器。
本发明是通过以下技术方案实现的
一种微型电阻式湿度传感器，该传感器包括有复合纤维束和导电线路，所述的复合纤维束两端与导电线路固定连接；所述的复合纤维束包括有PA66纳米纤维束，碳纳米管(CNTs)和聚乙烯醇，所述的PA66纳米纤维束与碳纳米管(CNTs)形成复合纤维束、并在复合纤维束的表面及内部包裹有聚乙烯醇。
所述的微型电阻式湿度传感器，所述的PA66纳米纤维束的直径为50～200μm、长度为0.3～3cm；所述的复合纤维束的直径为30～120μm、长度为0.3～3cm(优选为0.3cm)。
所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将PA66颗粒加入到甲酸溶液中，加热搅拌得到纺丝溶液，然后通过静电纺丝工艺制备得到尼龙66纳米纤维束；
(2)取碳纳米管，将其加入到N,N-二甲基甲酰胺中，经过超声处理得到碳纳米管分散液；然后将步骤(1)制备的PA66纳米纤维束浸润到上述的碳纳米管分散液中，经过超声处理得到PA66/CNTs复合纤维束；
(3)剪出一段步骤(2)制备得到的PA66/CNTs复合纤维束，然后将剪取得到的PA66/CNTs复合纤维束两端与导电线路连接固定；取聚乙烯醇放入去离子水中，加热搅拌得到聚乙烯醇水溶液，然后将已经连接固定的PA66/CNTs复合纤维束浸润在聚乙烯醇水溶液中；
(4)将步骤(3)所述复合纤维束在聚乙烯醇水溶液中浸润完成后取出，然后通过冷冻解冻或加热干燥处理，处理完成后即得到本发明所述的微型湿度传感器。
所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，步骤(1)所述的PA66颗粒在甲酸溶液中加热搅拌的温度为60～100℃、时间为1～3小时；所得纺丝溶液中PA66的质量百分数为10～20％。
所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，步骤(1)所述的静电纺丝工艺中采用的静电纺丝装置如图2所示：该装置包括高压电源、喷丝针头(注射器针头)以及接收装置；所述的接收装置为平板底座以及与其固定连接的两个相对放置的针头；
利用上述静电纺丝装置进行的静电纺丝工艺包括以下步骤：
a.将所述的PA66纺丝液至于注射器中，把注射器针头与高压电源连接，接收装置与地线连接；
b.打开高压电源，这时注射器针头与接收装置之间会形成一个高压电场，注射器针头处纺丝液滴在高压电场静电力作用下被静电雾化，喷射出大量细小的射流，射流中的溶剂在空气中挥发以后，最终固化成纤维，这些纤维在接收装置处聚集，形成纤维束；
c.当纤维束直径达到要求时，即可关闭高压电源，取下所制得的纤维束；
所述静电纺丝过程中环境的温度为30±5℃、湿度为40±10％RH，电压为20～35KV，喷丝针头(注射器针头)与接收装置中两个相对放置的针头的距离均为20±5cm，接收装置中相对放置的两个针头之间的距离为1～4cm。
所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，步骤(2)所述碳纳米管分散液中碳纳米管的质量百分数为0.01～1％，超声处理得到碳纳米管分散液时温度为0～5℃、超声时间为1～2小时；PA66纳米纤维束在碳纳米管分散液中浸润超声处理时温度为0～5℃、超声时间为5～20min；所述的碳纳米管为羧基化碳纳米管。
所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，步骤(3)所述聚乙烯醇加入去离子水中加热搅拌时的温度为60～99℃、搅拌时间为1～3小时；所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量分数为0.1～10％。
所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，步骤(3)所述PA66/CNTs复合纤维束在聚乙烯醇水溶液中的浸润时间为1～10min；在聚乙烯醇水溶液加热搅拌完成之后，将PA66/CNTs复合纤维束放入聚乙烯醇的水溶液中、边加热搅拌边浸润，1～10min即可完成PA66纳米纤维束的浸润。
所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，步骤(4)所述进行冷冻解冻处理时的冷冻温度为-20±0.5℃、冷冻时间为20±1小时，解冻温度为室温(15-30℃)、解冻时间为4±1小时；所述加热干燥处理时的加热温度为60±5℃、干燥时间为24±1小时。
所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，步骤(4)所述的聚乙烯醇为聚合度为1750±50、醇解度≥99％的絮状材料。
本发明所述微型电阻式湿度传感器的工作原理为：碳纳米管是一种湿敏材料，被广泛应用到湿度传感器中。尼龙66纤维束是由大量的纤维组成，而(羧基化)碳纳米管可以通过氢键作用力附着在尼龙纤维上，尼龙66纤维束较大的比表面积可以提高碳纳米管与水汽的接触面积，为提高碳纳米管湿敏性能提供了条件，可以实现碳纳米管对湿度的快速响应。但单纯的尼龙66/碳纳米管复合纤维束在湿敏响应过程中导电网络不稳定，湿度响应稳定性差。尼龙66/碳纳米管复合纤维束在浸润低浓度的聚乙烯醇溶液后，通过聚乙烯醇的包裹，可以稳定尼龙66/碳纳米管复合纤维束中的碳纳米管导电网络、提高湿敏响应的稳定性。另外聚乙烯醇是一种湿敏材料，可辅助提高碳纳米管的湿敏性能；
上述制备的线形尼龙66/碳纳米管/聚乙烯醇的两端分别与导电线路相连接，导线与电阻测试仪器(泰克数字多用表)相连接，电阻测试仪器的信号输出端与PC计算机的信号输入端电连接；设备连接之后，将尼龙66/碳纳米管/聚乙烯醇复合纤维束放置在已知的湿度环境中，打开电源，对一系列已知湿度的湿度环境进行测量，在PC计算机上会记录所对应的电阻值，得到的电阻值和已知的湿度会形成一定的线性关系，如图6所示，利用这个线性关系，湿度传感器就可以通过测量不同湿度环境下的电阻值来检测环境的湿度值。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
(1)本发明制备的微型电阻式湿度传感器克服了现有常规湿度传感器功耗大、响应时间长(长达几十分钟都有)、测量精度低等缺陷，而本身则具有成本低、低功耗、响应速度快、循环稳定性能优异等优点，响应时间在几秒钟之内即可完成；
(2)本发明所述的微型电阻式湿度传感器，制备方法简单、易于操作，传感器最小尺寸直径为几十微米、长度为几毫米，达到了低功耗和小单元面积的要求。如此小型的湿度传感器可以通过简单封装，应用于各个领域、具有很好的应用前景；
(3)本发明所述的湿度传感器以采用PA66纳米纤维束作为柔性基底，使其具有一定的柔性，可编制在人体织物上，用于实时监测体表汗液或呼出气体的湿度情况。
附图说明
图1为本发明所述的微型电阻式湿度传感器示意图，
图2为本发明制备过程中所用静电纺丝装置示意图；
图3为本发明制备过程中所得纤维束的数码照片；
图4为本发明制备过程中所得纤维束的扫描电子显微镜照片，
图中符号表示的意义为：a为PA66纤维束，b为PA66/CNTs复合纤维束，c为PA66/CNTs/PVA复合纤维束；
由图4a可以看出：PA66纤维束内部由大量细长的纤维组成，放大后可以看到纤维的排列有一定的取向，纤维之间有一定的空隙，纤维表面光滑；由图4b可以看出：PA66纤维束超声碳纳米管后，纤维表面变的粗糙，放大后可以看到羧基化碳纳米管附着在PA66纤维上；由图4c可以看出：纤维束浸润聚乙烯醇PVA的水溶液之后，纤维表面变得更加粗糙，PVA填充在纤维束表面及内部，但是纤维束内部仍有一定的空隙；
图5为本发明所述微型电阻式湿度传感器在不同湿度环境中的实时电阻响应曲线；
图6为本发明所述微型电阻式湿度传感器电阻响应度与相对湿度的线性关系，在图中：
Sensitivity＝ΔR/R0(ΔR＝R-R0；R0表示11％RH湿度环境的电阻；R表示其它湿度环境的电阻，下同)；
图7为本发明所述微型电阻式湿度传感器在两种湿度环境中的循环响应曲线；
图8为本发明所述微型电阻式湿度传感器四种循环响应曲线的对比图；
图9为本发明所述微型电阻式湿度传感器的湿敏检测装置的数码照片。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，但是并不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
一种微型电阻式湿度传感器，如图1所示，该传感器包括PA66/CNTs/PVA复合纤维束和导电线路，所述的复合纤维束与导电线路通过银胶固定连接；所述的复合纤维束包括PA66纤维束、羧基化碳纳米管和聚乙烯醇；所述的碳纳米管附着在PA66纤维上形成复合纤维束，在所述复合纤维束的表面及内部包裹有聚乙烯醇。所述PA66纳米纤维束的长度为0.5cm、直径为100～120μm；所述PA66/CNTs/PVA复合纤维束的长度为0.5cm，直径35～40μm。
实施例2
一种微型电阻式湿度传感器，与实施例1的不同之处在于，所述PA66纳米纤维束的长度为0.3cm、直径为80～100μm；所述PA66/CNTs/PVA复合纤维束的长度为0.3cm，直径30～35μm。
实施例3
上述实施例所述微型电阻式湿度传感器的制备方法之一，包括以下步骤：
(1)取型号为EPR27的PA66颗粒加入到甲酸中，在80℃条件下加热搅拌1小时得到质量百分数为15％的纺丝溶液，然后通过静电纺丝工艺制备得到长度为3cm的PA66纳米纤维束，如图3所示；
该步骤所述静电纺丝工艺中采用的静电纺丝装置如图2所示：该装置包括高压电源、喷丝针头(注射器针头)以及接收装置；所述的接收装置为平板底座以及与其固定连接的两个相对放置的针头；所述的喷丝针头(注射器针头)与接收装置中相对放置的两个针头之间的距离均为25cm，接收装置中两个相对放置的针头之间的距离为3cm；
利用上述静电纺丝装置进行的静电纺丝工艺包括以下步骤：
a.将所述的PA66纺丝液至于注射器中，把注射器针头与高压电源连接，接收装置与地线连接；
b.打开高压电源，这时注射器针头与接收装置之间会形成一个高压电场，注射器针头处纺丝液滴在高压电场静电力作用下被静电雾化，喷射出大量细小的射流，射流中的溶剂在空气中挥发以后，最终固化成纤维，这些纤维在接收装置处聚集，形成纤维束；
c.当纤维束直径达到要求时(约100μm)，即可关闭高压电源，取下所制得的纤维束；
所述静电纺丝过程中环境的温度为27±2℃、湿度为35±5％RH，电压为25KV；
(2)取羧基化碳纳米管，将其加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在0℃条件下超声处理1小时，得到质量分数为0.1％的羧基化碳纳米管分散液；然后将步骤(1)得到的PA66纳米纤维束浸润到上述的碳纳米管分散液中，浸润超声10min；羧基化碳纳米管通过超声过程被吸附在PA66纤维束的表面，实现了羧基化碳纳米管的吸附，得到PA66/CNTs复合纤维束，如图3所示；
(3)取步骤(2)所述的PA66/CNTs复合纤维束，剪取5mm，将其两端与导线连接固定；取聚乙烯醇溶于去离子水中，并在90℃条件下加热搅拌3小时使其溶解得到质量分数为0.5％的聚乙烯醇水溶液；然后将上述的PA66/CNTs复合纤维束浸润在上述的聚乙烯醇水溶液中、在加热搅拌的条件下浸润，浸润5min，得到微型电阻式湿度传感器样品；
(4)将步骤(3)得到的微型电阻式湿度传感器样品放入冰箱中，在-20℃条件下冷冻20小时，然后取出室温下解冻4小时，如此冷冻解冻重复三次之后，即得到本发明所述的微型电阻式湿度传感器。
实施例4
上述实施例所述微型电阻式湿度传感器的制备方法之二，包括以下步骤：
(1)将PA66颗粒加入到甲酸溶液中，在60℃条件下加热搅拌2小时得到质量百分数为10％的纺丝溶液，然后通过静电纺丝工艺制备得到长度为3cm的PA66纳米纤维束，如图3所示；
该步骤所述的静电纺丝工艺中采用的静电纺丝装置如图2所示：该装置包括高压电源、喷丝针头(注射器针头)以及接收装置；所述的接收装置为平板底座以及与其固定连接的两个相对放置的针头；所述的喷丝针头(注射器针头)与接收装置中相对放置的两个针头之间的距离均为20cm，接收装置中两个相对放置的针头之间的距离为2cm；
利用上述静电纺丝装置进行的静电纺丝工艺包括以下步骤：
a.将所述的PA66纺丝液至于注射器中，把注射器针头与高压电源连接，接收装置与地线连接；
b.打开高压电源，这时注射器针头与接收装置之间会形成一个高压电场，注射器针头处纺丝液滴在高压电场静电力作用下被静电雾化，喷射出大量细小的射流，射流中的溶剂在空气中挥发以后，最终固化成为纤维，这些纤维在接收装置处聚集，形成纤维束；
c.当纤维束直径达到要求时(约150μm)，即可关闭高压电源，取下所制得的纤维束；
所述静电纺丝过程中环境的温度为30±2℃、湿度为37±5％RH，电压为30KV；
(2)取羧基化碳纳米管加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在0℃条件下超声处理2小时，得到质量分数为0.5％的碳纳米管分散液；然后将步骤(1)得到的PA66纳米纤维束放置在碳纳米管分散液中，浸润超声20min；羧基化碳纳米管通过超声过程被吸附在PA66纤维束的表面，实现了羧基化碳纳米管的吸附，得到PA66/CNTs复合纤维束，如图3所示；
(3)取步骤(2)所述的PA66/CNTs复合纤维束，剪取3mm，将其两端与导线连接固定；取聚乙烯醇溶于去离子水中，并在70℃条件下加热搅拌2小时，得到质量分数为2％的聚乙烯醇水溶液；然后将上述的PA66/CNTs复合纤维束浸润到聚乙烯醇水溶液中、在加热搅拌的条件下浸润，浸润10min，得到微型电阻式湿度传感器样品；
(4)将步骤(3)得到的微型电阻式湿度传感器样品放入真空干燥箱中，在60℃条件下真空干燥24小时后，即可得到本发明所述的微型电阻式湿度传感器。
实施例5
上述实施例所述微型电阻式湿度传感器的制备方法之三，包括以下步骤：
(1)将PA66颗粒加入到甲酸溶液中，在100℃条件下加热搅拌2.5小时，得到质量分数为20％的纺丝溶液，然后通过静电纺丝工艺制备得到长度为3cm的PA66纳米纤维束，如图3所示；
该步骤所述静电纺丝工艺中采用的静电纺丝装置如图2所示：该装置包括高压电源、喷丝针头(注射器针头)以及接收装置；所述的接收装置为平板底座以及与其固定连接的两个相对放置的针头；所述的注射器针头与接收装置中相对放置的两个针头之间的距离均为15cm，接收装置中两个相对放置的针头之间的距离为1cm；
利用上述静电纺丝装置进行的静电纺丝工艺包括以下步骤：
a.将所述的PA66纺丝液至于注射器中，把注射器针头与高压电源连接，接收装置与地线连接；
b.打开高压电源，这时注射器针头与接收装置之间会形成一个高压电场，注射器针头处纺丝液滴在高压电场静电力作用下被静电雾化，喷射出大量细小的射流，射流中的溶剂在空气中挥发以后，最终固化成纤维，这些纤维在接收装置处聚集，形成纤维束；
c.当纤维束直径达到要求时(约200μm)，即可关闭高压电源，取下所制得的纤维束；
所述静电纺丝过程中环境的温度为32±2℃、湿度为40±5％RH，电压为35KV；
(2)取羧基化碳纳米管加入到N,N-二甲基甲酰胺中，在0℃条件下超声处理1.5小时，得到质量分数为0.05％的碳纳米管分散液；然后将步骤(1)得到的PA66纳米纤维束放置在碳纳米管分散液中，浸润超声15min；羧基化碳纳米管通过超声过程被吸附在PA66纤维束的表面，实现了羧基化碳纳米管的吸附，得到PA66/CNTs复合纤维束，如图3所示；
(3)取步骤(2)所述的PA66/CNTs复合纤维束，剪取5mm，将其两端与导线连接固定；取聚乙烯醇溶于去离子水中，并在80℃条件下加热搅拌1小时使其溶解，得到质量分数为1％的聚乙烯醇水溶液；然后将上述的PA66/CNTs复合纤维束浸润在聚乙烯醇水溶液中、在加热搅拌条件下浸润，浸润3min，得到微型电阻式湿度传感器样品；
(4)将步骤(3)得到的微型电阻式湿度传感器样品放入冰箱中在-20℃条件下冷冻21小时、然后取出在室温下解冻3小时，如此冷冻解冻循环重复3次，即可得到所述的微型电阻式湿度传感器。
本发明制备的微型电阻式湿度传感器对于不同湿度环境的电阻响应测试：
利用上述制备的微型电阻式湿度传感器组成一个测量系统来检测所述微型电阻式湿度传感器的湿敏性能，所述的检测系统为PA66/CNTs/PVA复合纤维束、PA66/CNTs/PVA复合纤维束两端与导电线路相连接、导电线路的另一端与泰克数字多用表相连接、泰克数字多用表的信号输出端与PC计算机的信号输入端电连接。
对上述制备的微型电阻式湿度传感器进行湿敏性能测试，如图9所示，步骤如下：
a.配制下列不同种类的饱和盐溶液：LiCl、CH3COOK、MgCl2、K2CO3、Mg(NO3)2、CuCl2、NaCl、KCl，将饱和盐溶液分别倒入在8个锥形瓶中，形成8个密闭的湿度环境；
b.然后将上述装有饱和盐溶液的8个锥形瓶放置在恒温箱中，箱内温度为30℃。静置3天后，所述的饱和盐溶液达到水汽平衡状态，通过参照饱和盐溶液相对湿度表，锥形瓶中的饱和盐溶液分别形成8个湿度环境：11％RH、23％RH、32％RH、42％RH、52％RH、67％RH、75％RH、84％RH；
c.饱和盐溶液放置完成之后，将本发明所制备的湿度传感器依次放入所需湿度环境的锥形瓶中，使用泰克数字多用表测量和记录对应湿度环境的电阻值，具体步骤如下：先将本发明所制备的湿度传感器置于11％RH湿度环境的锥形瓶中，放置一定的时间后(100s)，把湿度传感器迅速转移(间隔不超过0.5s)到23％RH的锥形瓶中,放置一定的时间后(100s)，再把湿度传感器迅速转移到下一个湿度环境的锥形瓶中，如此操作依次放入以下湿度的锥形瓶中：11％RH、23％RH、32％RH、42％RH、52％RH、67％RH、75％RH、84％RH、75％RH、67％RH、52％RH、42％RH、32％RH、23％RH、11％RH，即完成了湿度传感器进行湿度响应测试的操作(其中传感器在锥形瓶中的放置时间均为100s)，测试并记录上述湿度环境下的电阻值，结果如图5所示；图5结果表明：湿度传感器对不同的湿度环境表现出不同的电阻值，湿度越大，电阻值越大，说明本发明所制备的湿度传感器对不同的湿度环境有很好的分辨能力。通过对上述一系列湿度进行测试之后，得到电阻响应度与相对湿度的线性关系图，如图6所示。
本发明制备的微型电阻式湿度传感器对于湿度环境的循环响应测试：
对四种不同的湿度环境进行循环相应测试，所述的四种湿度环境分别为：(a)11％RH和32％RH、(b)11％RH和52％RH、(c)11％RH和75RH、(d)11％RH和84％RH，均是采用上述已经达到水汽平衡状态的饱和盐溶液。
对于11％RH和32％RH这两种湿度环境的测量步骤如下：首先将本发明制备的微型电阻式湿度传感器置于湿度为11％RH的锥形瓶中、放置时间为50s，然后将微型电阻式湿度传感器迅速转移到湿度为32％RH的锥形瓶中(转移的时间间隔不超过0.5s)、放置时间为50s，然后将微型电阻式湿度传感器迅速转移至湿度为11％RH的锥形瓶中(转移的时间间隔不超过0.5s)、放置时间为50s，如此操作反复循环多次(10-15次)，即完成了微型电阻式湿度传感器进行循环响应的测试，如图7(a)所示；
采用与上述同样的方法测量湿度环境11％RH和52％RH(图7b)、11％RH和75RH(图7c)、11％RH和84％RH(图7d)，四种湿度环境的循环响应测试结果如图7所示；图7结果表明：通过对上述四种湿度环境的循环响应测试，得到了比较规整的循环响应曲线，说明本发明所制备的湿度传感器对两种不同的湿度环境有良好的循环稳定性。
图8为本发明所述湿度电阻式传感器在四种循环响应曲线的对比图，为了使测试过程中传感器电阻在湿度环境中达到稳定，湿度传感器在湿度环境中放置的时间均为100s，由图可以看出本发明所制备的湿度传感器具有非常短的响应时间(8～24s)和恢复时间(7～18s)，四条曲线所得到的响应时间和回复时间分别为：(a)11％RH和32％RH，响应时间8s、恢复时间18s；(b)11％RH和52％RH,响应时间9s、恢复时间18s；(c)11％RH和75RH,响应时间12s、恢复时间12s；(d)11％RH和84％，响应时间24s、恢复时间7s。

Claims (9)

1.一种微型电阻式湿度传感器，其特征在于，该传感器包括有复合纤维束和导电线路，所述的复合纤维束两端与导电线路固定连接；所述的复合纤维束包括有PA66纳米纤维束，碳纳米管CNTs和聚乙烯醇，所述的PA66纳米纤维束与碳纳米管形成复合纤维束、并在复合纤维束的表面及内部包裹有聚乙烯醇。
2.根据权利要求1所述的微型电阻式湿度传感器，其特征在于，所述的PA66纳米纤维束的直径为50～200μm、长度为0.3～3cm；所述的复合纤维束的直径为30～120μm、长度为0.3～3cm。
3.一种权利要求1所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将PA66颗粒加入到甲酸溶液中，加热搅拌得到纺丝溶液，然后通过静电纺丝工艺制备尼龙66纳米纤维束；
(2)取碳纳米管，将其加入到N,N-二甲基甲酰胺中，经过超声处理得到碳纳米管分散液；然后将步骤(1)制备的PA66纳米纤维束浸润到上述的碳纳米管分散液中，经过超声处理得到PA66/CNTs复合纤维束；
(3)剪取步骤(2)制备得到的PA66/CNTs复合纤维束，然后将其两端与导电线路连接固定；取聚乙烯醇放入去离子水中，加热搅拌得到聚乙烯醇水溶液，然后将PA66/CNTs复合纤维束浸润在聚乙烯醇水溶液中；
(4)将步骤(3)所述复合纤维束在聚乙烯醇水溶液中浸润完成后取出，然后通过冷冻解冻或加热干燥处理，处理完成后即得到所述的微型湿度传感器。
4.根据权利要求3所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的PA66颗粒在甲酸溶液中加热搅拌的温度为60～100℃、时间为0.5～3小时；所得纺丝溶液中PA66的质量百分数为10～20％。
5.根据权利要求3所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的静电纺丝工艺中，环境温度为30±5℃，湿度为40±10％RH，电压为20～35kV。
6.根据权利要求3所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碳纳米管的分散液中，碳纳米管的质量百分数为0.01～1％，超声处理得到碳纳米管分散液时，分散液温度为0～5℃、超声时间为1～2小时；PA66纳米纤维束在碳纳米管分散液中浸润和超声处理时，分散液温度为0～5℃、超声时间为5～20min。
7.根据权利要求3所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述聚乙烯醇加入去离子水中加热搅拌时的温度为60～99℃、搅拌时间为1～3小时；所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的质量分数为0.1～10％。
8.根据权利要求3所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述PA66纳米纤维束在聚乙烯醇水溶液中的浸润时间为1～10min。
9.根据权利要求3所述的微型电阻式湿度传感器的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述进行冷冻解冻处理时的冷冻温度为-20±0.5℃、冷冻时间为20±1小时，解冻处理时的解冻温度为15-30℃、解冻时间为4±1小时；所述加热干燥处理时的加热温度为60±5℃、干燥时间为24±1小时。
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