CN110146556B - 一种基于纸基的柔性湿度传感器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于纸基的柔性湿度传感器及制备方法，其制备包括：通过化学沉积在滤纸的一面生长金属镍，在滤纸的另一面旋涂发光层，在发光层上旋涂银纳米线。金属镍和银纳米线作为上下电极，滤纸为介电层，滤纸的介电常数随湿度变化，引起滤纸和发光层上的电压变化，发光层内部电场强度相应变化，发光强度随之变化。本发明利用纸的吸湿特性和电致发光原理制造出基于纸基的柔性湿度传感器，所述柔性湿度传感器实现了对相对湿度范围为15%‑95%的高灵敏检测。其制备方法具有成本低，工艺简单，无二次污染，灵敏度高，可视化等优点。
Description
技术领域
本发明属于传感器设计领域，特别涉及一种基于纸基的柔性湿度传感器及制备方法。
背景技术
湿度传感器被广泛应用于环境监测、工艺控制、食品生产、生物电子及制药中，根据其制造原理可分为电阻式、电容式和吸湿式等。电容式湿度传感器，主要由湿敏电容和转换电路两部分组成。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容随之发生改变。
电致发光是物质在一定的电场作用下被相应的电能所激发而产生的发光现象，电致发光物料包括掺杂了铜和银的硫化锌和蓝色钻石，目前电致发光的研究方向主要为有机材料的应用。
近年来，为解决湿度传感器灵敏度，检测精度等问题，基于不同工艺的湿度传感器被不断改进，如CN 201480039333.3的一种温湿度传感器制备方法；CN 201721045672.X的一种温湿度传感器的制备方法；它们虽然对于湿度传感器的制备在一定程度上可以提高灵敏度并降低成本，但存在的问题是，制备工艺复杂，成本较高，对环境污染严重等。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于纸基的柔性湿度传感器及制备方法，其制备材料包括金属镍，滤纸，发光层（ZnS:Cu）和银纳米线等。金属镍和银纳米线作为上下电极，滤纸为介电层，滤纸的介电常数随湿度变化，引起滤纸和发光层上的电压变化，发光层内部电场强度相应变化，发光强度随之变化。制备方法具有工艺简单，成本低，无二次污染，可视化，灵敏度高，可大规模制备的优点。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种基于纸基的柔性湿度传感器的制备方法，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：选择玻璃载玻片作为衬底，先后使用乙醇和去离子水超声清洗衬底5-10分钟，然后放入60-100℃的烘箱烘干，将滤纸平整地粘附在清洗干净的衬底上；
步骤2：将0.1mol/L硫酸镍和镍的无电镀液分别置于80℃和100℃的加热台上持续加热，将贴有滤纸的衬底浸泡在硫酸镍溶液中8-10分钟，取出后置于8-10mmol/L的还原剂中析出镍的种子层，用去离子水冲洗后置于镍的无电镀液中10-20分钟，得到化学沉积的镍薄膜；
步骤3：将沉积有镍薄膜的滤纸从衬底上剥离，重新选择一块清洗干净的玻璃载玻片，将沉积有镍薄膜的一面贴在玻璃载玻片上；
步骤4：在滤纸上，利用甩胶机均匀旋涂一层厚度为20~30μm、质量比为(ZnS:Cu):PB胶=2:1的发光层，将玻璃载玻片置于100-120℃的加热台上，恒温加热20-30分钟使发光层固化，然后置于室温下使之降至室温；
步骤5：在发光层上，利用甩胶机旋涂一层厚度为30~50μm、浓度为0.5mg/ml的银纳米线，将载玻片置于60-100℃的加热台上，恒温加热1-2分钟使银纳米线中的乙醇溶剂完全挥发，然后置于室温下使之降至室温，将滤纸从载玻片上剥离，得到所述基于纸基的柔性湿度传感器。
所述还原剂为8-10mmol/L硼氢化钠溶液。
所述滤纸为化学分析滤纸。
一种上述方法制得的基于纸基的柔性湿度传感器。
所述柔性湿度传感器利用纸质的吸湿特性和介电性，实现对相对湿度范围为15%-95%灵敏检测。
本发明所制得的基于纸基的柔性湿度传感器，利用了纸质的吸湿特性和介电性，实现了对相对湿度范围为15%-95%的高灵敏感测；其制备方法具有成本低，工艺简单，无二次污染，灵敏度高，可视化等优点。
附图说明
图1为本发明制备流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进行详细描述。
参阅图1，本发明包括以下具体步骤：
S1：选择玻璃载玻片作为衬底1，先后使用乙醇和去离子水超声清洗5分钟，然后放入100℃的烘箱烘干，将滤纸2平整地粘附在清洗干净的玻璃载玻片上；
S2：将0.1mol/L硫酸镍和镍的无电镀液分别置于80℃和100℃的加热台上持续加热，将贴有滤纸的玻璃载玻片浸泡在硫酸镍溶液中10分钟，取出后置于8mmol/L的硼氢化钠溶液中析出镍的种子层，用去离子水冲洗后置于镍的无电镀液中20分钟，得到化学沉积的镍薄膜3；
S3：将沉积有镍薄膜的滤纸从玻璃载玻片上剥离，重新选择一块清洗干净的玻璃载玻片4，将滤纸沉积镍的一面贴在玻璃载玻片上；
S4：在滤纸上，利用甩胶机均匀旋涂一层质量比为(ZnS:Cu):PB胶=2:1的发光层5，甩胶机设定为前转700r/s，时间为12s，后转2000r/s，时间为40s,再将载玻片置于100℃的加热台上，恒温加热20分钟使发光层固化，然后置于室温下降至室温；
S5：在发光层上，利用甩胶机旋涂一层浓度为0.5mg/ml的银纳米线6，甩胶机设定为前转700r/s，时间为12s，后转1000r/s，时间为40s,再将载玻片置于100℃的加热台上，恒温加热2分钟使银纳米线中的乙醇溶剂完全挥发，然后置于室温下降至室温，最后将滤纸从载玻片上剥离得到基于纸基的柔性湿度传感器。
Claims (5)
1.一种基于纸基的柔性湿度传感器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下具体步骤：
步骤1：选择玻璃载玻片作为衬底，先后使用乙醇和去离子水超声清洗衬底5-10分钟，然后放入60-100℃的烘箱烘干，将滤纸平整地粘附在清洗干净的衬底上；
步骤2：将0.1mol/L硫酸镍和镍的无电镀液分别置于80℃和100℃的加热台上持续加热，将贴有滤纸的衬底浸泡在硫酸镍溶液中8-10分钟，取出后置于8-10mmol/L的还原剂中析出镍的种子层，用去离子水冲洗后置于镍的无电镀液中10-20分钟，得到化学沉积的镍薄膜；
步骤3：将沉积有镍薄膜的滤纸从衬底上剥离，重新选择一块清洗干净的玻璃载玻片，将沉积有镍薄膜的一面贴在玻璃载玻片上；
步骤4：在滤纸上，利用甩胶机均匀旋涂一层厚度为20~30μm、质量比为(ZnS:Cu):PB胶=2:1的发光层，将玻璃载玻片置于100-120℃的加热台上，恒温加热20-30分钟使发光层固化，然后置于室温下使之降至室温；
步骤5：在发光层上，利用甩胶机旋涂一层厚度为30~50μm、浓度为0.5mg/ml的银纳米线，将载玻片置于60-100℃的加热台上，恒温加热1-2分钟使银纳米线中的乙醇溶剂完全挥发，然后置于室温下使之降至室温，将滤纸从载玻片上剥离，得到所述基于纸基的柔性湿度传感器。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂为8-10mmol/L硼氢化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述滤纸为化学分析滤纸。
4.一种权利要求1所述方法制得的基于纸基的柔性湿度传感器。
5.根据权利要求4所述的柔性湿度传感器，其特征在于，该柔性湿度传感器利用纸质的吸湿特性和介电性，实现对相对湿度范围为15%-95%灵敏检测。
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