CN111007107A - 一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法 - Google Patents

一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111007107A
CN111007107A CN201911230804.XA CN201911230804A CN111007107A CN 111007107 A CN111007107 A CN 111007107A CN 201911230804 A CN201911230804 A CN 201911230804A CN 111007107 A CN111007107 A CN 111007107A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensitive device
carbon
dew point
humidity
flexible
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.)
Pending
Application number
CN201911230804.XA
Other languages
English (en)
Inventor
聂晶
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.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang 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
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201911230804.XA priority Critical patent/CN111007107A/zh
Publication of CN111007107A publication Critical patent/CN111007107A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content
    • G01N25/66—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content by investigating dew-point

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

本发明公开一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法，该方法有三大步骤：步骤一：利用激光诱导的方法制备具有碳电极的柔性薄膜；步骤二：利用电纺的方式在步骤一所制备的柔性薄膜上喷涂氧化石墨烯，形成全碳基的柔性湿敏器件；步骤三：将全碳基的柔性湿敏器件与半导体制冷器相结合，通过主动控温的方式在湿敏器件表面产生结露，利用电极的电容量识别露点时刻并准确获得露点温度。该方法不仅可以准确获得露点温度，同时湿敏器件具有很好的抗腐蚀特性。

Description

一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法
技术领域
本发明涉及机械工程、精密仪器与传感器领域，特别是涉及一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法。
背景技术
湿度是一个重要的环境参数，它决定了大气中水蒸气的含量，影响自然的物理、化学和生物过程。例如，湿度影响热、电、光和气体传输的特性，并可能导致材料尺寸的变化、金属材料的腐蚀，甚至生物的生存。湿度测量与控制广泛应用于航空航天、微电子、原子能、石油化工、电力、气象、仓储等领域。鉴于湿度测量的重要性，许多国家不断更新其湿度测量标准。在众多的物理湿度表达式中，露点温度(DP)的测量是国际公认的最精确的湿度测量方法，国际上湿度的量值传递也都是通过露点实现的。目前对于腐蚀环境等一些比较特殊的环境的湿度的高精度测量还处于发展阶段，主要是受制于具有抗腐蚀并且可收缩程度大的核心湿敏器件。
发明内容
1、目的：本发明的目的是提供一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法，中间包括了基于碳基的柔性湿敏器件的制备方法、后续露点识别方法。本方法可以解决腐蚀等特殊环境下露点测量的难题。
2、技术方案：
本申请公开了一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法，首先包括基于碳基柔性湿敏器件的制备，最后利用湿敏器件与半导体制冷技术相结合，形成露点传感装置从而实现对露点的识别与测量。
本发明一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法，具体步骤如下：
步骤一：按照图1的过程制备碳基柔性湿敏器件。首先将聚酰亚胺胶带1贴在硅基底上4，利用二氧化碳激光器2在1上烧灼出叉指状的碳电极3；然后将液态的聚二甲硅氧烷(PDMS)浇在被烧灼后的1上，等待液态的PDMS凝固之后将其与1分离开，就得到了嵌入有叉指状电极6的柔性PDMS5。
步骤二：将氧化石墨烯溶液7利用电纺的方式均匀喷涂在5上，喷涂有7的碳电极8和喷涂有7的5共同形成了全碳基柔性湿敏器件10。最后用导电银胶从电极两个引脚分别引出两根导线用于后续的驱动和测量。
步骤三：组装具有主动控温功能的露点传感装置。见图2，装置包括全碳基柔性湿敏器件10、半导体制冷器11、散热器12、四氟乙烯壳体13、电路板14、PT100温度传感器15、导线9、以及进风口16和出风口17。半导体制冷器11与湿敏器件10相结合，被测气体通过气室，在半导体制冷器11的降温下，水汽将不断被吸附在湿敏器件10表面直至达到饱和，在湿敏器件10表面产生水分凝结会导致电极电容量的变化，通过电容量的变化准确识别和获取露点温度。
需要说明的是，本发明创造性的通过激光诱导的方式制备柔性碳电极并将超吸水性的氧化石墨烯材料分散喷射在碳基柔性湿敏器件上，由于氧化石墨烯也是碳基材料，从而整个湿敏器件都是由碳基敏感材料形成，这一特点使该湿敏器件具有很好的抗腐蚀性。
附图说明
图1是本发明中碳基柔性湿敏器件的制作流程；
图2是本发明的露点传感器装置示意图；
图3是本发明方法的测试结果数据。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下实施例仅对本发明进行进一步说明，不应理解为对本发明的限制。
实施例：
按照图1所示。首先将50微米厚的聚酰亚胺胶带1贴在硅基底4上，利用二氧化碳激光器2在1上烧灼出设计好的叉指状碳电极3；然后将液体的聚二甲硅氧烷(PDMS)浇在被烧灼后的1上，等待液状的PDMS凝固之后将其与1分离开，得到带有叉指电极6的柔性PDMS5。将0.4mg/ml浓度的氧化石墨烯溶液7利用电纺的方式均匀喷涂在5上，喷涂有7的碳电极8和5共同形成了全碳基柔性湿敏器件10。最后从电极两个引脚分别引出两根导线用于后续的驱动和测量。
见图2，将全碳基柔性湿敏器件10的非电极面与半导体制冷器11的冷面相结合，11的热面与散热器12紧密结合，PT100温度传感器15贴在10的边缘处用于获取10表面的温度。导线9与10的两个电极引脚相连并且与电路板14相连接，14是传感器与外界测控系统的接口介质。整个结构是放置在四氟乙烯壳体13中的，13的两端各有一个开口，分别是进风口16和出风口17，中间空间是传感器测量的气室。
当传感器开始工作时，制冷器11持续对柔性湿敏器件10降温，随着温度的降低，使得10表面空气达到水汽饱和从而产生水分凝结，由于水分凝结使得10表面的叉指电极的电容量发生变化，通过电容量的变化实现对露点的识别，并同时利用15获取10表面实时温度，从而实现对露点温度的准确测量。该发明的方法所获得的测试数据将图3。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
步骤一：将聚酰亚胺胶带贴在硅基底上，利用二氧化碳激光器在聚酰亚胺胶带上烧灼出叉指状的碳电极，然后将液态的聚二甲硅氧烷(PDMS)浇在被烧灼后的聚酰亚胺胶带上，等待液态的PDMS凝固之后将其与聚酰亚胺胶带分离开，就得到了嵌入有叉指状电极的柔性PDMS；
步骤二：将氧化石墨烯溶液利用电纺的方式均匀喷涂在有叉指状电极的柔性PDMS上，喷涂有氧化石墨烯溶液的碳电极和柔性PDMS共同形成了全碳基柔性湿敏器件；最后用导电银胶从电极两个引脚分别引出两根导线用于后续的驱动和测量；
步骤三：组装具有主动控温功能的露点传感装置；装置包括步骤二所制备的全碳基柔性湿敏器件、半导体制冷器、散热器、四氟乙烯壳体、电路板、PT100温度传感器、导线、以及进风口和出风口；半导体制冷器与湿敏器件相结合，被测气体通过气室，在半导体制冷器的降温下，水汽将不断被吸附在湿敏器件表面直至达到饱和，在湿敏器件表面产生水分凝结会导致电极电容量的变化，通过电容量的变化准确识别和获取露点温度。
CN201911230804.XA 2019-12-05 2019-12-05 一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法 Pending CN111007107A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911230804.XA CN111007107A (zh) 2019-12-05 2019-12-05 一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911230804.XA CN111007107A (zh) 2019-12-05 2019-12-05 一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111007107A true CN111007107A (zh) 2020-04-14

Family

ID=70115330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911230804.XA Pending CN111007107A (zh) 2019-12-05 2019-12-05 一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111007107A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112611794A (zh) * 2020-12-14 2021-04-06 南京农业大学 一种重金属离子电化学传感器批量制备方法
CN115005804A (zh) * 2022-06-06 2022-09-06 华东师范大学 一种柔性全碳基湿度传感器的呼吸监测装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807006A (zh) * 2018-07-19 2018-11-13 东华大学 一种碳基柔性电极的制备方法
CN110467149A (zh) * 2018-05-10 2019-11-19 安世亚太科技股份有限公司 一种碳基功能器件及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110467149A (zh) * 2018-05-10 2019-11-19 安世亚太科技股份有限公司 一种碳基功能器件及其制备方法
CN108807006A (zh) * 2018-07-19 2018-11-13 东华大学 一种碳基柔性电极的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JING NIE 等: ""Dew point measurement using a carbon-based capacitive sensor with active temperature control"", 《ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112611794A (zh) * 2020-12-14 2021-04-06 南京农业大学 一种重金属离子电化学传感器批量制备方法
CN112611794B (zh) * 2020-12-14 2021-09-10 南京农业大学 一种重金属离子电化学传感器批量制备方法
CN115005804A (zh) * 2022-06-06 2022-09-06 华东师范大学 一种柔性全碳基湿度传感器的呼吸监测装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rittersma Recent achievements in miniaturised humidity sensors—a review of transduction techniques
Shibata et al. A digital hygrometer using a polyimide film relative humidity sensor
Kang et al. A high-speed capacitive humidity sensor with on-chip thermal reset
Islam et al. A digital hygrometer for trace moisture measurement
US7552635B2 (en) Humidity sensor capable of self-regulating temperature compensation and manufacturing method thereof
CN101532975B (zh) 一种恒温测量式微型湿度传感器和制作方法
RU2556751C2 (ru) Датчик и способ его изготовления
Zhao et al. A fully packaged CMOS interdigital capacitive humidity sensor with polysilicon heaters
Petropoulos et al. Flexible PCB-MEMS flow sensor
CN107589155A (zh) 一种电容式传感器及其制备方法
CN111007107A (zh) 一种基于碳基柔性湿敏器件的露点测量方法
CN101750437A (zh) 吸附式碳纳米管湿度传感器及其制作方法
Zargar et al. A thin film porous alumina-based cross-capacitive humidity sensor
JPH11326252A (ja) 微細孔を有する蒸発表面付き熱蒸気センサ―
CN110371952A (zh) 一种柔性电阻式湿度传感器及其制备方法
US20150075280A1 (en) Fast Response Humidity Sensor
Zargar et al. A linear capacitive sensor for ppm moisture measurement in SF₆ gas-insulated switchgear
Laville et al. Humidity sensors for a pulmonary function diagnostic microsystem
Choi et al. A highly sensitive humidity sensor with a novel hole array structure using a polyimide sensing layer
Kuroiwa et al. A thin film polyimide based capacitive type relative humidity sensor
CN1217157C (zh) 集成温湿度大气压力传感器芯片
CN111024762A (zh) 一种高温烟气露点识别方法
Islam et al. A nanoporous thin-film miniature interdigitated capacitive impedance sensor for measuring humidity
CN101825596A (zh) 一种多端输出薄膜气敏传感器
Li et al. A QCM dew point sensor with active temperature control using thermally conductive electrodes

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
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200414