CN109313120A - 湿度传感器及其用途 - Google Patents

湿度传感器及其用途 Download PDF

Info

Publication number
CN109313120A
CN109313120A CN201780034024.0A CN201780034024A CN109313120A CN 109313120 A CN109313120 A CN 109313120A CN 201780034024 A CN201780034024 A CN 201780034024A CN 109313120 A CN109313120 A CN 109313120A
Authority
CN
China
Prior art keywords
poly
coating
substrate
light
humidity sensor
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.)
Granted
Application number
CN201780034024.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109313120B (zh
Inventor
刘小孔
乔治·宇辉·陈
余利
徐浩兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2016901170A external-priority patent/AU2016901170A0/en
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Publication of CN109313120A publication Critical patent/CN109313120A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109313120B publication Critical patent/CN109313120B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
    • G01N21/81—Indicating humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
    • G01N2021/7706—Reagent provision
    • G01N2021/7723—Swelling part, also for adsorption sensor, i.e. without chemical reaction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7779—Measurement method of reaction-produced change in sensor interferometric

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种湿敏装置，该湿敏装置包括基材和在该基材的至少一部分上的湿敏涂层。该湿敏涂层的厚度取决于邻近该涂层的气氛中的水分量。该涂层和/或基材干扰入射在该涂层上的光，产生根据该涂层的厚度而变化的光输出。

Description

湿度传感器及其用途
优先权文件
本申请要求名称为“湿度传感器及其用途”且于2016年3月30日提交的澳大利亚临时专利申请号2016901170的优先权，其内容通过援引方式以其全文并入本文。
技术领域
本披露涉及提供响应于与传感器接触的气氛中的湿度水平的光学输出的传感器。在特定形式中，本披露涉及提供比色输出的传感器，该比色输出指示邻近传感器的空气的相对湿度。本披露还涉及用于制造这些传感器的方法。
背景技术
空气中的水分量(即相对湿度)是许多工业和应用中的重要考虑因素，这些工业和应用包括食品加工、包装、医院、博物馆、洁净室、温室、家用电器等。
用于测量相对湿度的装置(“湿度传感器”)典型地是两种类型之一。基于电阻率的传感器测量作为相对湿度函数的湿敏聚合物的电阻率的变化。基于电容的传感器采用具有空气电介质的电容器，并且电容器板之间的相对湿度的变化改变了电介质，并且因此改变了传感器的电容。
在已知的基于聚合物的电阻率传感器中，水吸收到传感器结构中引起电阻的变化和聚合物的介电常数的变化。这些物理变化可以转换为电信号，这些电信号与该聚合物中的水浓度有关，并且以吨计与该聚合物周围空气中的相对湿度有关。然而，这些基于电阻率的传感器遭受以下缺点：由因为在进行电阻测量所必需的传感器中的电流而导致的散热所引起的固有消散效应。结果是除其他问题之外的错误读数。已知的基于电容的传感器倾向于是相对复杂的结构，其结合了湿度不敏感的非导电结构与安装或沉积在该结构上的适当的电极元件连同覆盖这些电极的介电湿敏材料的层或涂层。基于电容的传感器在高相对湿度值下也倾向于不准确。
因此，需要提供一种解决已知湿度传感器的至少一个问题的湿度传感器。替代地或此外，需要提供一种制造和使用相对简单的湿度传感器。替代地或此外，需要可以用于测量气态气氛中的含湿量的一种耐用和/或紧凑和/或有效的湿度传感器。
发明内容
根据本披露的第一方面，提供了一种湿敏装置，其包括基材和在该基材的至少一部分上的湿敏涂层，其中，该湿敏涂层的厚度取决于邻近该涂层的气氛中的水分量，并且其中，该涂层和/或基材干扰入射在该涂层上的光，产生根据该涂层厚度而变化的光输出。
如在此所使用的，术语“光”旨在包括红外、可见(即，光)和紫外辐射。因此，该术语包括可见光(即，具有在400至700nm范围内的波长的辐射)、以及红外辐射(具有更长波长)和紫外辐射(具有更短波长)。
显然，光输出受该涂层厚度的影响，该涂层厚度进而受邻近该涂层的气氛中相对湿度的影响。因此，光输出是或者可以与邻近该涂层的气氛中的相对湿度相关，并且以这种方式，该装置可以用作测量或感测相对湿度的湿度传感器。
因此，根据本披露的第二方面，提供了一种湿度传感器，其包括基材和在所述基材的至少一部分上的湿敏涂层，其中，该湿敏涂层的厚度取决于该涂层邻近的气氛中的水分量，并且其中，该涂层和/或基材干扰入射在该涂层上的光，产生根据该涂层厚度而变化的光输出。
有利地，该涂层厚度的变化是可逆的，这意味着第一和第二方面的装置和传感器可以用于连续测量或监测相对湿度。
尽管考虑了该涂层可以是任何材料，如聚合物，其厚度取决于与该涂层接触的气氛的含湿量，但一个或多个聚电解质多层(PEM)特别适合于此目的。聚电解质多层是本领域已知的并且包含聚阳离子聚合物层和聚阴离子聚合物层。在该聚阳离子聚合物层与该聚阴离子聚合物层之间的静电相互作用产生顺序吸附的聚离子的交替层。因此，聚电解质层对包括具有互补电荷(正电荷和负电荷)的两种交替聚电解质，这些聚电解质通过这些电荷的相互作用而耦合，耦合的聚电解质对形成多层中的一个层对。本披露的涂层可以包含从1至约1000个PEM双层。
该聚阳离子聚合物可以选自：一种或多种具有季铵基团的聚电解质，如聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)、聚(乙烯基苄基三甲基铵)(PVBTA)、紫罗烯、聚(丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵)、聚(甲基丙烯酰氧基(2-羟基)丙基三甲基氯化铵)、及其共聚物；具有吡啶鎓基团的聚电解质，如聚(N-甲基乙烯基吡啶)(PMVP)、其他聚(N-烷基乙烯基吡啶)及其共聚物；质子化的多胺，如聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAH)和聚乙烯亚胺(PEI)；以及多肽，如聚(L-赖氨酸)(PLL)。
该聚阴离子聚合物可以选自：一种或多种具有磺酸根(SO3 2-)的聚电解质，如聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、聚(乙烯基磺酸)(PVS)、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸)(PAMPS)、磺化聚(醚醚酮)(SPEEK)、磺化木质素、聚(乙烯磺酸)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基磺酸)、其盐、及其共聚物；聚羧酸盐，如聚(丙烯酸)(PAA)、聚(甲基丙烯酸)、透明质酸(HA)、聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)(PDopa)、其盐、及其共聚物；和多膦酸，如聚(乙烯基膦酸)(PVPA)；DNA、其盐、及其共聚物。
不旨在受关于本披露的装置和传感器如何工作的任何具体理论的约束，通常情况将是该涂层和该基材将具有不同的折射率。入射在该涂层上的一些光(即“入射光”)被该涂层反射，并且一些被该涂层折射。当折射光传播穿过该涂层时，折射光经历吸收(即，光损失)。涂层-基材界面处的进一步反射使剩余光的一部分返回，其中它与第一反射的光发生干涉(即，相干地组合)。因此，该涂层的全反射在某些波长处增强，但在其他波长处减弱，导致光学输出的可观察到的变化。增强和减弱的波长取决于涂层的厚度。因此，该涂层是光学干涉涂层，选择材料和其厚度使得该涂层具有特定的已知的光谱反射和光谱吸收特性。
因此，根据本披露的第三方面，提供了一种湿度传感器，其包括：基材和在该基材上的一种或多种湿度敏感的聚电解质多层，其中所述聚电解质多层提供光学信号输出，并且其中该光学信号输出的值取决于邻近这种或这些聚电解质多层的气氛中的相对湿度而变化。
根据本披露的第四方面，提供了一种湿度传感器，其包括基材和在该基材上的多个湿敏聚电解质多层涂层，其中这些聚电解质多层涂层中的至少两个具有不同数量的聚电解质双层，并且其中所述聚电解质多层涂层提供光学信号输出，并且其中光学信号输出的值取决于邻近该聚电解质多层涂层的气氛中的相对湿度而变化。在这些实施例中的某些中，该传感器是呈比色指示条带的形式。
根据本披露的第五方面，提供了一种湿度传感设备，其包括第二至第四方面中任一项的湿度传感器、可操作地与该传感器相关联并被配置成递送入射在该涂层上的光的光源、以及可操作地与该传感器相关联并被配置成检测来自该传感器的输出光的光检测器。
该光源可以是红外(IR)源、可见光源或紫外(UV)光源。该光源可以是单色的，如激光，或者它可以是具有横跨宽范围的光谱的光源。
该检测器可以是光电检测器。该光电检测器可以产生输出电信号，该输出电信号取决于由该光电检测器检测的输出光的强度和/或波长。
根据本披露的第六方面，提供了一种湿度传感器，该湿度传感器包括具有取决于邻近该涂层的气氛中的水分量的湿敏涂层的弯曲的锥形光纤、被配置成将光馈送到该光纤的一端的光源以及被配置成收集来自另一端的调制光的光检测器，并且其中该涂层厚度的变化导致折射率的变化，这导致由于来自该光纤的光泄漏的基于吸收的损耗，并且导致根据该涂层厚度变化的调制光输出。
根据本披露的第七方面，提供了一种制造根据第一至第六方面的装置或传感器的方法，该方法包括提供基材，并且用湿敏涂层涂覆该基材。
根据本披露的第八方面，提供了一种测量相对湿度的方法，该方法包括使第一至第六方面的装置或传感器与具有待测量湿度的气氛接触，测量来自该装置或传感器的光学输出，并基于所测量的光学输出确定相对湿度。
附图说明
将参照附图讨论本披露的实施例，其中：
图1：(a)是在环境条件下具有从5.0至10.5个PEM双层涂层的基材的照片；(b)是波长(nm)对比具有7.5(黑线)、8.0(红线)、8.5(蓝线)和9.0(绿线)个PEM双层的基材的归一化反射率的图；(c)是PEM双层的数量对比厚度(nm；黑线)和峰值波长(nm；红线)的图；并且(d)是展示内在的光干涉机理的示意图；
图2：(a)是在不同相对湿度值下具有8.0个PEM双层(顶行)和8.5个PEM双层(底行)的基材的照片；(b)是波长(nm)对比具有8.0个PEM双层的传感器的归一化反射率的图；(c)是相对湿度(％)对比具有8.0(红线)和8.5(蓝线)个PEM双层的基材的峰值波长(nm)的图；(d)是相对湿度(％)对比具有8.0(红线)和8.5(蓝线)个PEM双层的基材的厚度(nm)的图；并且(e)是相对湿度(％)对比具有20.0个PEM双层的基材的厚度(μm)的图；
图3：(a)是本披露的实施例的湿度传感器设备的示意图；(b)是相对湿度(％)对比具有8.0(红线)和8.5(蓝线)个PEM双层的基材的归一化电压(V)的图；(c)是当暴露于该涂层的相对湿度在50％与90％之间切换时时间(s)对比电压(a.u.)的图；并且(d)示出(c)中图的扩展区域；
图4：(a)是在基材上呼吸之前(左)和之后(右)具有8.0个PEM双层的基材的照片；(b)是在手指紧靠该涂层放置之前(左)和之后(右)具有8.0个PEM双层的基材的照片；(c)是本披露的实施例的非接触控制设备的示意图；(d)是通过在该涂层上脉冲呼吸获得的时间(s)对比电压(a.u.)的图；(e)是通过脉冲手指敲击在该涂层上获得的时间(s)对比电压(a.u.)的图；(f)是基于图4(d)的作为V最大的百分比的阈值(％)对比相对湿度(％)的图；并且(g)是基于图4(e)的作为V最大的百分比的阈值(％)对比相对湿度(％)的图；
图5是根据本披露实施例的基于光纤的湿度传感器的示意图；并且
图6是根据本披露的实施例的分布式湿度传感器的示意图。
具体实施方式
如所讨论的，在此披露了一种湿敏装置。该装置包括基材和在该基材的至少一部分上的湿敏涂层。该湿敏涂层的厚度取决于邻近该涂层的气氛中的水分量。该涂层和/或基材干扰入射在该涂层上的光，产生根据该涂层的厚度而变化的光输出。因此，该装置可以用于测量与涂层接触的气氛中的水分量。
在某些实施例中，该装置适合用作湿度传感器。
在某些实施例中，来自该装置的光学输出是颜色(即，可见光谱中的输出)。出于后面更详细讨论的原因，颜色输出取决于该涂层厚度，该涂层厚度进而取决于与该涂层接触的气氛的含湿量。因此，该涂层将具有取决于气氛的含湿量(即，相对湿度)的颜色，并且不同的含湿量产生不同的颜色。然后，这提供了一种简单的、成本有效的装置，该装置可以用于给出气氛含湿量的视觉指示，而不需要基于电容的湿度传感器可能需要的电源或复杂电子设备。
在其他实施例中，光源可以是IR或UV源，并且光学输出可以是已经由涂层调制的IR或UV辐射。可商购的IR和UV灯是合适的IR和UV源。
该基材可以是在其上可以形成涂层的任何刚性、半刚性或柔性的材料。在某些实施例中，该基材是不透明材料或反射材料。该基材可以是玻璃、塑料、陶瓷、金属、准金属或合金。合适的基材包括但不限于抛光的硅晶片、黑色或深色且反射的塑料、以及CdTe基材。
该基材可以采用任何合适的形式，如板、芯片等。该基材具有至少一个可以涂覆有该涂层的表面。该涂层可以覆盖全部或部分表面。在某些实施例中，该基材是条带。然后，这提供了可以用于测量相对湿度的比色指示条带。
待涂覆的基材的表面或其一部分可以在涂覆之前进行处理。可以物理、化学和/或电化学处理该表面用于涂层的更好粘附。例如，可以磨蚀或蚀刻该表面以增强该涂层的粘附性。可替代地或此外，可以用粘合剂处理该表面以增强涂层的粘附性。粘合剂可以在该基材与该涂层之间形成中间涂层。
在某些实施例中，该涂层是聚合物。在某些具体实施例中，该聚合物包含一种或多种聚电解质多层(PEM)。PEM是已知的并且先前已用于电致发光的LED、导电聚合物复合物、蛋白质和金属纳米颗粒系统的组装、薄膜光电装置、和纳米结构薄膜涂层。
聚电解质多层可以包括包含带正电的单体单元的聚阳离子聚合物层和包含带负电荷的单体单元的聚阴离子聚合物层。在该聚阳离子聚合物层与该聚阴离子聚合物层之间的静电相互作用产生顺序吸附的聚离子的交替层。如在此所使用的，聚阳离子聚合物层和聚阴离子聚合物层的组合可以被称为“PEM双层”。该涂层可以包含从1至约1000个PEM双层。更具体地，该涂层可以包含1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5、14、14.5、15、15.5、16、16.5、17、17.5、18、18.5、19、19.5、20、20.5、21、21.5、22、22.5、23、23.5、24、24.5、25、25.5、26、26.5、27、27.5、28、28.5、29、29.5、30、30.5、31、31.5、32、32.5、33、33.5、34、34.5、35、35.5、36、36.5、37、37.5、38、38.5、39、39.5、40、40.5、41、41.5、42、42.5、43、43.5、44、44.5、45、45.5、46、46.5、47、47.5、48、48.5、49、49.5或50个PEM双层。在这方面，术语“x.5”是指该涂层包括一个不成对的聚电解质层，该不成对的聚电解质层可以是聚阳离子聚合物层和聚阴离子聚合物层。
在某些实施例中，除PEM涂层之外，该涂层还可以包含一种或多种另外的组分，前提是其他组分不影响涂层的湿度敏感特性。该涂层可以呈夹层结构的形式。例如，它可以堆叠为A/PEM/B/PEM/C/PEM/A/B/C/PEM，其中可以改变不同层的顺序。
在某些实施例中，该基材包括多于一个涂层。在这些实施例中，可以在基材上形成两个或更多个涂层，其中每个涂层具有不同数量的PEM双层。在任何给定的相对湿度值下，对于不同的PEM双层数量，颜色输出是不同的。因此，在这些实施例中，可以从单个传感器获得两个或更多个光学输出。当与单个光学输出相比时，组合的光学输出可以提供更准确的相对湿度读数。
因此，在一些实施例中，在此提供了一种湿度传感器，其包括基材和在该基材上的多个湿敏聚电解质多层涂层，其中这些聚电解质多层涂层中的至少两个具有不同数量的聚电解质双层，并且其中所述聚电解质多层涂层提供光学信号输出，并且其中光学信号输出的值取决于邻近该聚电解质多层涂层的气氛中的相对湿度而变化。在这些实施例中的某些中，该传感器是呈比色指示条带的形式。
PEM双层可以使用逐层组装技术通过基材与含有聚阳离子聚合物的溶液和含有聚阴离子聚合物的溶液的重复交替处理来形成。溶液中的聚电解质与已经吸附到该基材上的带相反电荷的聚电解质之间的静电吸引力将溶液聚电解质与吸附的聚电解质在膜溶液界面结合。该过程循环由空间位阻效应驱动，该空间位阻效应阻止在吸附期间完全中和进入的聚电解质上的电荷，导致促进下一(带相反电荷的)聚电解质层的吸附的表面电荷反转。
聚电解质可以是直链或支链的，并且可以是合成的、天然存在的或合成改性的天然存在的大分子。这些聚电解质可以是具有带电和/或中性单体的组合(例如正电和中性；负电和中性；正电和负电；或正电、负电和中性)的共聚物。
这些聚电解质聚合物的分子量典型地是约100至约10,000,000克/摩尔。每种聚电解质溶液典型地包含按重量计约0.001％至约60％的聚电解质，如按重量计约0.1％至约10％。
合适的聚阴离子聚合物包括：具有磺酸根(SO3 2-)的聚电解质，如聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、聚(乙烯基磺酸)(PVS)、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸)(PAMPS)、磺化聚(醚醚酮)(SPEEK)、磺化木质素、聚(乙烯磺酸)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基磺酸)、其盐、及其共聚物；和聚羧酸盐，如聚(丙烯酸)(PAA)和聚(甲基丙烯酸)、透明质酸(HA)、聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)(PDopa)、其盐、及其共聚物；多膦酸，如聚(乙烯基膦酸)(PVPA)；以及DNA、其盐、及其共聚物。
合适的聚阳离子聚合物包括：具有季铵基团的聚电解质，如聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)、聚(乙烯基苄基三甲基铵)(PVBTA)、紫罗烯、聚(丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵)、聚(甲基丙烯酰氧基(2-羟基)丙基三甲基氯化铵)、及其共聚物；具有吡啶鎓基团的聚电解质，如聚(N-甲基乙烯基吡啶)(PMVP)、其他聚(N-烷基乙烯基吡啶)及其共聚物；质子化的多胺，如聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAH)和聚乙烯亚胺(PEI)；以及多肽，如聚(L-赖氨酸)(PLL)。
在某些实施例中，该聚阴离子聚合物是聚磺酸盐聚合物。在某些具体实施例中，该聚阴离子聚合物是聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)。在其他或具体的实施例中，该聚阴离子聚合物是聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)(PDopa)。
在某些实施例中，该聚阳离子聚合物是聚铵聚合物。在某些具体实施例中，该聚阳离子聚合物是聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)。在其他具体实施例中，该聚阳离子聚合物是聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAH)。在还其他具体实施例中，该聚阳离子聚合物是聚乙烯亚胺(PEI)。
该聚阳离子聚合物和该聚阴离子聚合物是水和/或有机可溶的，或分散在水和/或有机溶剂中。可以使用的有机溶剂包括甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、乙腈、四氯化碳和二氯甲烷。
含有聚电解质的溶液还可以含有一种或多种解离成稳定离子的盐(例如氯化钠)。可以在聚电解质溶液中包含盐以控制层的厚度。总体上，聚电解质溶液中的盐增加了吸附的聚电解质层的厚度。加入到聚电解质溶液中的盐的量典型地取决于所使用的聚阳离子和聚阴离子聚合物的特定组合以及所使用的盐。使用NaCl作为实例，对于PDDA/PSS多层，NaCl浓度可以从0.05-5M变化，如0.1-3M、0.2-2.5M、或0.5-2M；对于PDDA/PDopa多层，NaCl浓度可以从0.05-1M变化，如0.1-0.8、0.2-0.6M、0.3-0.5M。
可以将聚电解质溶液和/或聚电解质络合物溶液或聚电解质分散体通过任何合适的方法(如浸涂、浇铸、浸泡、旋涂、沉积和/或喷涂)沉积在基材上。当使用交替暴露带相反电荷的聚电解质溶液施加涂层时，浸涂是特别合适的。
聚电解质沉积过程受多种因素控制，包括但不限于聚电解质溶液pH、离子强度、温度、聚电解质分子量、聚电解质化学官能团的性质、和沉积方法。
聚电解质层作为单独的层沉积到基材或正在生长的多层上，其中在每个沉积循环中沉积大致等量的聚阳离子聚合物和聚阴离子聚合物。
聚电解质溶液典型地与表面接触的持续时间(即，接触时间)可以从几秒到几分钟或几小时变化，以实现优选的厚度。总体上，使用具有约1mg/mL的聚阴离子聚合物和聚阳离子聚合物浓度的溶液的约20分钟的接触时间提供了令人满意的厚度。可以在连续沉积之间进行洗涤步骤。可以在沉积之间施加干燥步骤。
可以在形成涂层时将各种添加剂掺入该涂层中。可以掺入PEM中的添加剂包括无机材料，如金属氧化物颗粒(例如二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化铁、氧化锆和氧化钒)、金属、杀生物剂、抗菌剂、和防腐蚀剂。
如所提及的，装置的光输出根据涂层厚度而变化。图1(d)示出了平面平行涂覆的基材的实例。注意，涂层厚度(h)在图中未按真实比例表示，因为涂层比其厚度通常为毫米量级的基材薄得多。入射在涂层上的光线在空气-涂层和涂层-基材界面处部分反射。在涂层-基材界面处反射的光也被涂层折射，该涂层具有与空气的折射率(n1)和基材的折射率(n3)不同的折射率(n2)。当光的折射部分传播穿过该涂层时，该折射部分经历吸收(即光损失)。涂层-基材界面处的第二反射使剩余光的一部分返回，其中它与第一反射的光发生干涉(即，相干地组合)。因此，该涂层的全反射在某些波长处增强，但在其他波长处减弱，导致可观察到的颜色。可观察到的颜色由光程长度决定，光程长度进而由涂层的厚度(h)决定。如果光程长度由于涂层厚度的变化而改变，则观察到的最大强度光的波长也改变，导致颜色改变。
入射在涂层上的光来自光源。如在此所使用的，术语光旨在不仅包括可见光，还包括紫外光和红外光。光源可以是自然光源或人造光源。由光源产生并入射在涂层上的光可以是具有两种或更多种波长的光，如可见光，或者它可以是单色的，如单一波长的激光。
来自光源的光线以一定角度入射在涂层上。该角度可以与法线成从1°至90°。
反射光提供光学输出信号，该光学输出信号可以使用合适的检测器进行检测和/或测量。在一些实施例中，检测器是人眼。在其他实施例中，反射光撞击在光敏检测器(光电检测器)的接收表面上。然后光电检测器可以产生电信号，并且光电检测器可以与用于记录反射光的强度曲线的测量仪器或记录装置可操作地相关联。
考虑可以使用透射光。例如，涂层可以形成在透明或半透明基材上，并且光源可以与该装置相关联，使得光入射在该涂层上，并且光检测器或其他检测器可以检测透射穿过该涂层和该基材的光。
在此描述的装置或传感器可以形成湿度传感设备的一部分，该湿度传感设备包括该装置或传感器、可操作地与该装置或传感器相关联并被配置成递送入射在该涂层上的光的光源、以及可操作地与该装置或传感器相关联并被配置成检测来自该传感器的输出光的光检测器。
湿度传感设备的光源可以是红外(IR)源、可见光源或紫外(UV)光源。该光源可以是单色的，如激光，或者它可以是具有横跨宽范围的光谱的光源。
该检测器可以是光电检测器。一系列光电检测器是可商购的并且可以使用。例如，Thorlabs PDB450C光电检测器是合适的。该光电检测器产生输出电信号，该输出电信号取决于由该光电检测器检测的输出光的强度和/或波长。该输出电信号可以用于(例如，使用示波器)产生视觉信号，它可以被馈送到比较器电路以便为光源(例如发光二极管)供电，或者它可以被馈送到数字采集模块中以产生数字信号。在后一种情况下，湿度传感设备可以形成触摸控制设备的一部分，其中由使用者的呼吸或由邻近涂层放置的身体部位(例如手指)引起的湿度导致湿度变化，该湿度变化然后产生光学输出信号，该光学输出信号最终被转换成可以用于在微控制器的控制下执行功能的数字信号。例如，使用者的呼吸可以用于打开或关闭诸如灯的电子设备，或者通过计算机执行命令，如播放音乐或拨打电话。
在其他实施例中，该基材可以是光纤。特别地，可以如前所述浸涂锥形光纤以形成涂层光纤。该光纤的至少一部分可以是弯曲的，例如U形。来自激光源的光可以被馈送到光纤的一端，并且通过光电检测器从另一端收集调制光。当暴露于湿度时，涂层厚度的变化导致折射率的变化，这由于光从光纤泄漏到涂层中导致基于吸收的损失。检测的光功率的变化提供了相对湿度的量度。
涂覆的光纤可以用作分布式湿度传感器的一部分。涂覆有湿敏涂层的光纤可以用光学反射测量术如光学频域反射测量术来询问。
在此描述的湿敏装置或湿度传感器可以用于各种应用，包括但不限于装配线(食品加工工厂、涂料工厂)、包装(包装工厂)、空调(医院、博物馆、洁净室、家庭、汽车)、水定位器(地质学家、水工业)、温室(农民)、气象站(天气预报员)、烘干机(家用电器工业)、发动机试验台(汽车工业)、热处理炉(玻璃工业、建筑工业)、液冷电子器件(电子工业)、行星探测车(太空计划)和智能服装(运动员、病人)。
实例
实例1-湿敏装置的形成
聚(二烯丙基二甲基铵)(PDDA)用作聚阳离子聚合物，并且聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)用作聚阴离子聚合物。抛光的Si晶片或黑色/深色且反射的塑料用作基材。
制备分别含有1mg/mL浓度的PDDA和PSS以及1.0M浓度的NaCl的PDDA和PSS水溶液。(PDDA/PSS)n PEM(其中n代表双层数量)通过将基材交替浸没到PDDA和PSS的水溶液中20min直至达到希望的层数而在刚清洁的基材上制备。每个浸没步骤之后是用水彻底冲洗。达到希望的层数后，将所得的PEM用水彻底冲洗并用N2流轻轻干燥。
涂层表征
根据上述方法，用从5.0至10.5个双层涂覆基材。如图1(a)所示，取决于双层的数量和照明/观察角度，涂层在环境条件下呈现范围从蓝色、黄色、红色和绿色色调的不同颜色。每个涂层厚度的颜色是由横跨图1(b)所示的可见波长范围内的相同波长光之间的干涉引起的。图1(c)示出双层的数量与涂层的厚度以及第一级的峰值波长(即从所观察范围的右侧计数)成正比。
内在机理(图1d)是从特定角度入射在空气-涂层界面上的光线，其中一部分被反射并且其余部分被折射。当折射部分传播穿过该介质时，该折射部分经历吸收(即光损失)。涂层-基材界面处的第二反射使剩余光的一部分返回，其中它与第一反射的光发生干涉(即，相干地组合)。因此，该涂层的全反射在某些波长处增强，但在其他波长处减弱，导致可观察到的颜色。
湿度敏感度
由于涂层暴露于增加水平的相对湿度，其颜色在蓝色、绿色、黄色和红色色调之间变化。如图2(a)所示，对于不同数量的双层存在不同的颜色图(即，顶行是8.0个双层，底行是7.5个双层)。如果用作比色指示条带，它们的组合读数提供更准确的相对湿度反馈。每个相对湿度值下的相应反射光谱在图2(b)中示出。图2(c)和(d)中示出了对于两种不同厚度作为相对湿度的函数的峰值波长和厚度。图2(e)示出了具有20.0个双层的涂层的厚度的56％最大变化，因为它吸收水分，并且很明显波长偏移主要是由厚度变化而不是折射率变化引起的。
实例2-基于激光的湿度传感器
为了在不同相对湿度水平的影响下监测快速变化的透射光谱，使用以633nm波长附近为中心的窄线宽激光器(Thorlabs HNLS008R-EC)来探测实例1的装置在与其法线55°处的涂层(即，大角度使得能够实现更紧密的相互作用而不阻挡光束路径)。如图3(a)所示，用光电检测器(Thorlabs PDB450C)测量反射光束，并在示波器(Rigol DS6104)上显示。
通过将氮气吹过位于距离涂层表面3mm的5mm直径的玻璃管，使涂层暴露于不同水平的相对湿度。在初始阶段通过两个流量计混合干燥和湿润的(即，通过50℃水的)氮气来控制氮气，这产生10升/分钟的总空气流量。在中间阶段使用商业湿度传感器(RisePro，1％分辨率)校准比率和由此相对湿度。在最后阶段输出之前插入三通管开关确保尽管在环境与特定相对湿度之间切换，系统压力保持恒定。光电检测器将光学信号转换成电信号，并且对于具有8.0个双层的涂层的作为相对湿度的函数的所测量的电压示出为图3(b)中熟悉的正弦波形。由于波长偏移较大，因此随着相对湿度水平更高，梯度更陡。图3(c)示出了当暴露于涂层的相对湿度在50％与90％之间切换时所测量信号的时间行为。基于最大电压的90％与10％之间的过渡时间的响应和恢复时间分别被测量为35ms和950ms(图3(d))，这比文献中的先前报道更快。
实例3-非接触控制设备
如前述实例中所述，光电检测器可以用于将输出光学信号转换为电信号，并且所测量的电压作为相对湿度的函数。然后，所产生的电信号可以用于各种应用中。对于非接触控制的应用，使用者可以使用呼吸或手指来引起来自涂层的响应。图4(a)示出了在呼吸暴露之前和之后具有8.0个双层的涂层的颜色。图4(b)示出了当手指紧靠涂层放置时依赖于距离的颜色变化。在两种情况下都发现涂层从露点(即，相对湿度达到或超过100％)恢复，这表明实际应用的良好可重复性。两种非接触控制演示(即，LED和计算机控制(稍后描述的))的设置如图4(c)所示。来自光电检测器的信号不仅馈送到示波器，还馈送到：(A)为发光二极管供电的比较器电路(即，具有抑制噪声的滞后)和(B)在计算机之前的数字采集模块(即，将模拟转换成数字)。对于LED，进行呼吸和手指测试二者，其中将阈值(即，Vref)设定为最大电压的90％。图4(d)和图4(e)示出跨过LED测量的电压(即，指示亮度)紧密地遵循来自涂层的测量信号。如图4(f)和(g)所示，通过定制阈值，并由此定制临界相对湿度或手指距离，可以针对目标环境优化两种情况中的非接触控制的响应。应注意，较长的手指距离表现出较大的不确定性，因为环境空气流改变水分传递的更大可能性。
实例4-基于锥形光纤的湿度传感器
如图5所示，高灵敏度的光纤湿度传感器可以通过沿着U形光学微纤维浸涂而制成，该U形光学微纤维通过将光纤(例如直径超过100微米)逐渐变细成具有双锥形过渡部的窄的均匀腰部(例如直径小于20微米)而制成。将来自激光源的光发射到一端，并且通过光电检测器从另一端收集调制光。当暴露于湿度时，涂层厚度的变化(例如，最初范围从几百纳米到几微米厚)不应该使微纤维拉紧，这是由于在两侧上自由膨胀或收缩。同样地，折射率的变化(例如，最初在1.3至1.5之间)不应该由于光从芯(即，微纤维)泄漏到包层(即，涂层)中而导致显著的光损失。然而，吸水引起的光损失的增加将导致相当大的光损失。检测的光功率的变化提供了相对湿度的量度。传感器头(即，涂覆的微纤维加转换滤镜)可以通过带孔的保护壳进行包装，以允许潮湿的空气流入和流出。检测系统(即，激光二极管和光电检测器)可以远程放置并通过光纤连接到传感器头。
实例5-基于光反射测量术的分布式湿度传感器
分布式湿度传感器可以用涂覆有湿敏涂层的传感光纤制成，并用光学反射测量术如光频域反射测量术进行询问(图6)。这通过扫描馈送到马赫-曾德尔干涉仪的激光源的波长来操作。传感臂含有与连续地背向反射的传感纤维连接的环行器，其中累积的波长序列表现出与光行进距离成比例的相位。较短的参考臂在传输模式下操作。这两条光路在耦合器处相干地重新组合。用单一背向反射扫描短波长范围产生单组的具有窄线宽的单拍频的干涉条纹。对于多次背向反射，叠加具有按比例缩放的自由光谱范围的多组条纹，从而形成多个拍频。这些拍频对应于沿FUT的距离。具有示波器的光电检测器或平衡光电检测器捕获干涉条纹，并且进行FFT解析与距离相关的拍频。具有已知路径不平衡的参比马赫-曾德尔干涉仪可以简化频率-距离转换。它还可以用于对信号重新采样以校正扫描波长不规则性。这是通过以下方式实现的：获取时变参考信号、经由希尔伯特变换转换为复信号、提取相位信息、创建规则相位栅格、用前两组数据对复信号进行内插、经由逆希尔伯特变换转换回时变信号、并以相同的方式对传感信号的复信号进行内插。
实例6-替代的湿敏装置的形成
聚(二烯丙基二甲基铵)(PDDA)用作聚阳离子聚合物，并且聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)(PDopa)用作聚阴离子聚合物。抛光的Si晶片、黑色/深色且反射的塑料用作基材。通过L-3,4-二羟基苯丙氨酸(L-Dopa)的自聚合制备聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)。典型地，将L-Dopa(0.197g)溶解在100mL水中。使用Tris粉末将所得L-Dopa水溶液的pH调节至8.5，在搅拌下将所得L-Dopa水溶液在80℃保持12h，以加速L-Dopa的自聚合。冷却至室温后，将反应溶液在环境条件下储存多于5天，并且由此得到稳定的黑色聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)水溶液。
制备分别含有1mg/mL浓度的PDDA和PSS以及0.5M浓度的NaCl的PDDA和PDopa水溶液。(PDDA/PDopa)n PEM(其中n代表双层数量)通过将基材交替浸没到PDDA和PDopa的水溶液中20min直至达到希望的层数而在刚清洁的基材上制备。每个浸没步骤之后是用水彻底冲洗。达到希望的层数后，将所得的PEM用水彻底冲洗并用N2流轻轻干燥。
结果
具有15、20、30、35、40、45、50、55、60的双层数量的基材上的(PDDA/PDopa)n涂层在环境条件下呈现范围从蓝色、黄色、红色和绿色色调的不同颜色。所有上述(PDDA/PDopa)n涂层在不同的相对湿度下可以表现出不同的颜色。例如，具有30个双层的(PDDA/PDopa)n涂层在从0％增加到100％的相对湿度下表现出在蓝色、绿色、黄色和红色色调之间变化的颜色。
通过分别使用图3c、图4c、图5和图6所示的设置，(PDDA/PDopa)n涂层还可以用于基于激光的湿度传感器、非接触控制设备、基于锥形光纤的湿度传感器、以及基于光学反射测量术的分布式湿度传感器。
贯穿本说明书和随后的权利要求，除非上下文另有要求，否则词语“包含(comprise)”和“包括(include)”以及诸如“包含了(comprising)”和“包括了(including)”的变体将被理解为暗指包括所述整数或整数组，但不排除任何其他整数或整数组。
本说明书中提及任何现有技术不是、并且不应被当做是对此种现有技术形成了普通公知常识的一部分任何形式的暗示的承认。
本领域技术人员将理解，本发明在其用途上不限于所描述的特定应用。本发明也不受在此描述或示出的关于特定元素和/或特征的优选实施例的限制。应当理解，本发明并不限于所披露的一个或多个实施例，而是能够在不脱离由以下权利要求书所阐明和限定的本发明范围的情况下具有多种重排、修改和替换。

Claims (34)

1.一种湿敏装置，包括基材和在该基材的至少一部分上的湿敏涂层，其中，该湿敏涂层的厚度取决于邻近该涂层的气氛中的水分量，并且其中，该涂层和/或基材干扰入射在该涂层上的光，产生根据该涂层厚度而变化的光输出。
2.根据权利要求1所述的湿敏装置，其中，该光输出包括从该装置反射的光。
3.根据权利要求1所述的湿敏装置，其中，该光输出包括透射穿过该装置的光。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的湿敏装置，其中，该涂层包括聚电解质多层(PEM)。
5.根据权利要求4所述的湿敏装置，其中，该PEM包括聚电解质层对，这些聚电解质层对包括聚阳离子聚合物层和聚阴离子聚合物层。
6.根据权利要求5所述的湿敏装置，其中，该涂层包括从1至约1000个PEM双层，其中每个PEM双层包括聚阳离子聚合物层和聚阴离子聚合物层。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的湿敏装置，其中，该聚阳离子聚合物选自由以下各项组成的组中的一种或多种：具有季铵基团的聚电解质，如聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)、聚(乙烯基苄基三甲基铵)(PVBTA)、紫罗烯、聚(丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵)、聚(甲基丙烯酰氧基(2-羟基)丙基三甲基氯化铵)、及其共聚物；具有吡啶鎓基团的聚电解质，如聚(N-甲基乙烯基吡啶)(PMVP)、其他聚(N-烷基乙烯基吡啶)及其共聚物；质子化的多胺，如聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAH)和聚乙烯亚胺(PEI)；以及多肽，如聚(L-赖氨酸)(PLL)。
8.根据权利要求7所述的湿敏装置，其中，该聚阳离子聚合物选自由以下各项组成的组中的一种或多种：聚(二烯丙基二甲基铵)(PDDA)、聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAH)和聚乙烯亚胺(PEI)。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的湿敏装置，其中，该聚阴离子聚合物选自由以下各项组成的组中的一种或多种：具有磺酸根(SO3 2-)的聚电解质，如聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、聚(乙烯基磺酸)(PVS)、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸)(PAMPS)、磺化聚(醚醚酮)(SPEEK)、磺化木质素、聚(乙烯磺酸)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基磺酸)、其盐、及其共聚物；聚羧酸盐，如聚(丙烯酸)(PAA)、聚(甲基丙烯酸)、透明质酸(HA)、聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)(PDopa)、其盐、及其共聚物；和多膦酸，如聚(乙烯基膦酸)(PVPA)；DNA、其盐、及其共聚物。
10.根据权利要求9所述的湿敏装置，其中，该聚阴离子聚合物选自由以下各项组成的组中的一种或多种：聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)和聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)(PDopa)。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的湿敏装置，其中，该基材具有两个或更多个单独的湿敏涂层，并且该两个或更多个涂层中的至少两个具有不同数量的PEM双层。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的湿敏装置，其中，该基材是不透明材料或反射材料。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的湿敏装置，其中，该基材是玻璃、塑料、陶瓷、金属、准金属或合金。
14.根据权利要求13所述的湿敏装置，其中，该基材选自由以下各项组成的组：抛光硅晶片、黑色或深色且反射的塑料、以及CdTe基材。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的湿敏装置，其中，该基材是条带。
16.一种湿度传感器，包括如权利要求1至15中任一项所述的湿敏装置。
17.根据权利要求16所述的湿度传感器，其中，该涂层的厚度变化是可逆的。
18.一种湿度传感器，包括：基材和在该基材上的一种或多种湿敏聚电解质多层涂层，其中所述聚电解质多层涂层提供光学信号输出，并且其中该光学信号输出的值取决于邻近这些聚电解质多层涂层的气氛中的相对湿度而变化。
19.根据权利要求18所述的湿度传感器，其中，该涂层包含从1至约1000个聚电解质双层，其中每个聚电解质双层包含聚阳离子聚合物层和聚阴离子聚合物层。
20.根据权利要求18或权利要求19所述的湿度传感器，其中该聚阳离子聚合物选自由以下各项组成的组中的一种或多种：具有季铵基团的聚电解质，如聚(二烯丙基二甲基氯化铵)(PDDA)、聚(乙烯基苄基三甲基铵)(PVBTA)、紫罗烯、聚(丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵)、聚(甲基丙烯酰氧基(2-羟基)丙基三甲基氯化铵)、及其共聚物；具有吡啶鎓基团的聚电解质，如聚(N-甲基乙烯基吡啶)(PMVP)、其他聚(N-烷基乙烯基吡啶)及其共聚物；质子化的多胺，如聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAH)和聚乙烯亚胺(PEI)；以及多肽，如聚(L-赖氨酸)(PLL)。
21.根据权利要求20所述的湿度传感器，其中，该聚阳离子聚合物选自由以下各项组成的组中的一种或多种：聚(二烯丙基二甲基铵)(PDDA)、聚(烯丙基胺盐酸盐)(PAH)和聚乙烯亚胺(PEI)。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的湿度传感器，其中，该聚阴离子聚合物选自由以下各项组成的组中的一种或多种：具有磺酸根(SO3 2-)的聚电解质，如聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)、聚(乙烯基磺酸)(PVS)、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基1-丙烷磺酸)(PAMPS)、磺化聚(醚醚酮)(SPEEK)、磺化木质素、聚(乙烯磺酸)、聚(甲基丙烯酰氧基乙基磺酸)、其盐、及其共聚物；聚羧酸盐，如聚(丙烯酸)(PAA)、聚(甲基丙烯酸)、透明质酸(HA)、聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)(PDopa)、其盐、及其共聚物；和多膦酸，如聚(乙烯基膦酸)(PVPA)；DNA、其盐、及其共聚物。
23.根据权利要求22所述的湿度传感器，其中，该聚阴离子聚合物选自由以下各项组成的组中的一种或多种：聚(苯乙烯磺酸盐)(PSS)和聚(L-3,4-二羟基苯丙氨酸)(PDopa)。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的湿度传感器，其中，该基材是不透明材料或反射材料。
25.根据权利要求18至24中任一项所述的湿度传感器，其中，该基材是玻璃、塑料、陶瓷、金属、准金属或合金。
26.根据权利要求25所述的湿度传感器，其中，该基材选自由以下各项组成的组：抛光硅晶片、黑色或深色且反射的塑料、以及CdTe基材。
27.根据权利要求18至26中任一项所述的湿度传感器，其中，该基材是条带。
28.根据权利要求18至27中任一项所述的湿度传感器，包括两个或更多个单独的湿敏聚电解质多层涂层，该两个或更多个涂层中的至少两个具有不同数量的聚电解质双层。
29.一种湿度传感设备，包括如权利要求16至28中任一项所述的湿度传感器、可操作地与该传感器相关联并被配置成递送入射在该涂层上的光的光源、以及可操作地与该传感器相关联并被配置成检测来自该传感器的输出光的光检测器。
30.根据权利要求29所述的湿度传感设备，其中，该检测器是光电检测器。
31.根据权利要求30所述的湿度传感设备，其中，该光电检测器产生输出电信号，该输出电信号取决于由该光电检测器检测的输出光的强度和/或波长。
32.一种湿度传感器，包括具有取决于邻近该涂层的气氛中的水分量的湿敏涂层的弯曲的锥形光纤、被配置成将光馈送到该光纤的一端的光源以及被配置成收集来自另一端的调制光的光检测器，并且其中该涂层厚度的变化导致折射率的变化，这导致由于来自该光纤的光泄漏的基于吸收的损耗，并且导致根据该涂层厚度变化的调制光输出。
33.一种制造根据权利要求1至32中任一项所述的装置或传感器的方法，该方法包括提供基材，并且用湿敏涂层涂覆该基材。
34.一种测量相对湿度的方法，该方法包括使如权利要求1至32中任一项所述的装置或传感器与具有待测量湿度的气氛接触，测量来自该装置或传感器的光学输出，并基于所测量的光学输出确定相对湿度。
CN201780034024.0A 2016-03-30 2017-03-30 湿度传感器及其用途 Active CN109313120B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2016901170 2016-03-30
AU2016901170A AU2016901170A0 (en) 2016-03-30 Humidity sensors and uses thereof
PCT/AU2017/000075 WO2017165907A1 (en) 2016-03-30 2017-03-30 Humidity sensors and uses thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109313120A true CN109313120A (zh) 2019-02-05
CN109313120B CN109313120B (zh) 2021-11-19

Family

ID=59962303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780034024.0A Active CN109313120B (zh) 2016-03-30 2017-03-30 湿度传感器及其用途

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN109313120B (zh)
WO (1) WO2017165907A1 (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108318452A (zh) * 2018-03-26 2018-07-24 福建硅光通讯科技有限公司 一种强度调制型四锥光纤湿度传感器
CN109884136A (zh) * 2019-03-06 2019-06-14 广西大学 一种木质素纤维湿度传感器及其制备方法
CN112798669A (zh) * 2020-12-28 2021-05-14 浙江大学 一种可在S2+环境下定量检测pH的金属氧化铱电极及其制备方法和应用
CN113390748A (zh) * 2021-06-16 2021-09-14 电子科技大学 一种基于石英晶体微天平的湿度传感器及制备方法
CN115219568A (zh) * 2022-08-08 2022-10-21 苏州大学 基于PNIPAm微米球凝胶的柔性湿度传感器及其制备方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6897643B2 (ja) * 2018-09-05 2021-07-07 横河電機株式会社 センサ素子及び包装体
CN113884440A (zh) * 2021-09-29 2022-01-04 京东方科技集团股份有限公司 光学湿度检测组件和光学湿度检测装置
CN114755202B (zh) * 2022-06-15 2022-09-02 中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所 一种基于聚酰亚胺的光纤分布式湿度传感器及定位检测的方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1036635A (zh) * 1988-03-28 1989-10-25 西屋电气公司 光纤湿度传感器
EP0598341A1 (en) * 1992-11-17 1994-05-25 Hoechst Aktiengesellschaft Optical sensor for detecting chemical species
EP0720014A1 (en) * 1994-12-28 1996-07-03 Hoechst Aktiengesellschaft Optical sensor apparatus for detecting vapor of organic solvent
US6582658B1 (en) * 1999-06-22 2003-06-24 Cornerstone Research Group, Inc. Fiber optic moisture sensor
US20050105841A1 (en) * 2002-10-04 2005-05-19 Shufang Luo Devices, systems, and methods for sensing moisture
US20070116402A1 (en) * 2005-06-30 2007-05-24 Infoscitex Corporation Humidity sensor and method for monitoring moisture in concrete
CN101334372A (zh) * 2007-06-27 2008-12-31 芬兰国立技术研究中心 时间和湿度传感器及其应用
US7695970B2 (en) * 2005-03-04 2010-04-13 University Of Connecticut Optical fiber based fluorescence sensor for in-situ measurement and control of fuel cells
CN102455191A (zh) * 2010-11-01 2012-05-16 西安金和光学科技有限公司 基于光纤弯曲形变的光纤传感装置
CN102460119A (zh) * 2009-05-22 2012-05-16 3M创新有限公司 多层比色传感器
CN202869694U (zh) * 2012-11-13 2013-04-10 长城信息产业股份有限公司 一种光纤光栅温度/湿度传感器
CN103547915A (zh) * 2011-06-08 2014-01-29 3M创新有限公司 湿度传感器及其传感器元件
CN204086106U (zh) * 2014-01-25 2015-01-07 山东交通学院 基于光纤湿度检测的干涉系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4834497A (en) * 1987-02-27 1989-05-30 The United States Of American As Represented By The United States Department Of Energy Fiber optic fluid detector

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1036635A (zh) * 1988-03-28 1989-10-25 西屋电气公司 光纤湿度传感器
EP0598341A1 (en) * 1992-11-17 1994-05-25 Hoechst Aktiengesellschaft Optical sensor for detecting chemical species
EP0720014A1 (en) * 1994-12-28 1996-07-03 Hoechst Aktiengesellschaft Optical sensor apparatus for detecting vapor of organic solvent
US6582658B1 (en) * 1999-06-22 2003-06-24 Cornerstone Research Group, Inc. Fiber optic moisture sensor
US20050105841A1 (en) * 2002-10-04 2005-05-19 Shufang Luo Devices, systems, and methods for sensing moisture
US7695970B2 (en) * 2005-03-04 2010-04-13 University Of Connecticut Optical fiber based fluorescence sensor for in-situ measurement and control of fuel cells
US20070116402A1 (en) * 2005-06-30 2007-05-24 Infoscitex Corporation Humidity sensor and method for monitoring moisture in concrete
CN101334372A (zh) * 2007-06-27 2008-12-31 芬兰国立技术研究中心 时间和湿度传感器及其应用
CN102460119A (zh) * 2009-05-22 2012-05-16 3M创新有限公司 多层比色传感器
CN102455191A (zh) * 2010-11-01 2012-05-16 西安金和光学科技有限公司 基于光纤弯曲形变的光纤传感装置
CN103547915A (zh) * 2011-06-08 2014-01-29 3M创新有限公司 湿度传感器及其传感器元件
CN202869694U (zh) * 2012-11-13 2013-04-10 长城信息产业股份有限公司 一种光纤光栅温度/湿度传感器
CN204086106U (zh) * 2014-01-25 2015-01-07 山东交通学院 基于光纤湿度检测的干涉系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FRANCISCO J. ARREGUI等: "Optical fiber humidity sensor using a nano Fabry–Perot cavity formed by the ionic self-assembly method", 《SENSORS AND ACTUATORS B》 *
JESUS M. CORRES: "Sensitivity optimization of tapered optical fiber humidity sensors by means of tuning the thickness of nanostructured sensitive coatings", 《SENSORS AND ACTUATORS B》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108318452A (zh) * 2018-03-26 2018-07-24 福建硅光通讯科技有限公司 一种强度调制型四锥光纤湿度传感器
CN109884136A (zh) * 2019-03-06 2019-06-14 广西大学 一种木质素纤维湿度传感器及其制备方法
CN109884136B (zh) * 2019-03-06 2021-05-07 广西大学 一种木质素纤维湿度传感器及其制备方法
CN112798669A (zh) * 2020-12-28 2021-05-14 浙江大学 一种可在S2+环境下定量检测pH的金属氧化铱电极及其制备方法和应用
CN112798669B (zh) * 2020-12-28 2022-04-22 浙江大学 一种可在S2-环境下定量检测pH的金属氧化铱电极及其制备方法和应用
US11885762B2 (en) 2020-12-28 2024-01-30 Zhejiang University Iridium/iridium oxide electrode for quantitatively detecting pH in sulfide ion environment, and preparation method and use thereof
CN113390748A (zh) * 2021-06-16 2021-09-14 电子科技大学 一种基于石英晶体微天平的湿度传感器及制备方法
CN115219568A (zh) * 2022-08-08 2022-10-21 苏州大学 基于PNIPAm微米球凝胶的柔性湿度传感器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109313120B (zh) 2021-11-19
WO2017165907A1 (en) 2017-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109313120A (zh) 湿度传感器及其用途
Cai et al. A paper‐based wearable photodetector for simultaneous UV intensity and dosage measurement
Akita et al. A humidity sensor based on a hetero-core optical fiber
Yang et al. Ocean salinity sensing using long-period fiber gratings functionalized with layer-by-layer hydrogels
US8525129B2 (en) Gas sensing device
US5783836A (en) Optical sensor apparatus for detecting vapor of organic solvent
Brook et al. Extending the range of a fibre-optic relative-humidity sensor
Nguyen et al. Intrinsic fiber optic pH sensor for measurement of pH values in the range of 0.5–6
US20220003684A1 (en) Responsive interference coloration
Wang et al. Lossy mode resonance-based fiber optic sensor using layer-by-layer SnO2 thin film and SnO2 nanoparticles
CA2710272C (en) Coated waveguide for optical detection
CN108180840B (zh) 一种光纤微位移传感及校正装置与方法
US20210066396A1 (en) Self-powered organometallic halide perovskite photodetector with high detectivity
Jing et al. Chip-scale in situ salinity sensing based on a monolithic optoelectronic chip
Ayranci et al. Synthesis of rhodamine and carbazole based conductive polymer for fluorescence and electrochromic applications
Lee et al. Agarose-gel based guided-mode resonance humidity sensor
KR102247349B1 (ko) 색변환 광결정 구조체 및 이의 용도
Mermut et al. Stable sensor layers self-assembled onto surfaces using azobenzene-containing polyelectrolytes
Gao et al. Spectroelectrochemical Sensing Based on Multimode Selectivity Simultaneously Achievable in a Single Device. 8. Selectivity at Poly (vinyl alcohol)‐Polyelectrolyte Blend Modified Optically Transparent Electrodes
Chauhan et al. PANI-ZnO clad modified multimode optical fiber pH sensor based on EWA
Castrellon-Uribe et al. Remote optical detection of low concentrations of aqueous ammonia employing conductive polymers of polyaniline
Surre et al. U-bend fibre optic pH sensors using layer-by-layer electrostatic self-assembly technique
Zamarreño et al. Lossy mode resonance-based optical fiber humidity sensor
Grahn et al. Fiber optic sensors for an in-situ monitoring of moisture and pH value in reinforced concrete
Chandra et al. Polyaniline modified u-bent fiber optic pH sensor for physiological use

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant