CN201096743Y - 聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件 - Google Patents
聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开的聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件，是以微晶玻璃为基片，其上有多对叉指金电极，在微晶玻璃片基体和叉指金电极表面涂覆有交联季胺化的聚4－乙烯基吡啶和聚吡咯复合湿敏薄膜。本实用新型的湿敏元件具有本征导电聚合物的优良导电性和聚电解质湿敏材料对湿度的高灵敏度响应。在宽的湿度范围内，特别是中低湿(0～60％RH)环境下具有阻抗值适中，灵敏度高，线性度好，响应快，回复性佳，稳定性强的优点。同时叉指式电极结构可使湿敏元件电阻降低，检测范围加宽。该湿敏元件可广泛应用于工农业生产过程，仓储，大气环境监测时对于环境湿度精确测量与控制。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件。
背景技术
精确测量湿度在工农业生产和环境监测中具有重要作用，这为湿度传感器的发展提供了广阔的空间。高分子材料湿度传感器近年来发展十分迅速，相比传统的陶瓷材料湿度传感器，它具有响应特性好，测量范围宽，稳定性好，可室温检测，易于集成化，小型化批量生产，价格低廉等特点。其中高分子电阻型湿度传感器，它能与目前集成电路技术很好相容，易于集成系统中实现湿度测量和控制，现在已经成为湿度传感器发展的重要方向之一。然而，传统聚合物湿敏材料制备的高分子电阻型湿度传感器，依靠纯离子导电，低湿时离子迁移率低，电阻值过大而难以测定，严重阻碍了其发展。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种在中低湿(0～60％RH)环境下具有阻抗值适中，灵敏度高，线性度好，响应快，回复性佳，稳定性强，可室温检测的聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件。
本实用新型的聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件，具有微晶玻璃基体，在微晶玻璃基体表面光刻和蒸发有多对叉指金电极，在叉指金电极上连接有引线，在微晶玻璃片基体和叉指金电极表面涂覆有湿敏薄膜，湿敏薄膜为交联季胺化的聚4-乙烯基吡啶和聚吡咯复合膜。
聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件的制作，步骤如下：
1)清洗表面光刻和蒸发有叉指金电极的微晶玻璃基片，烘干备用；
2)将聚4-乙烯基吡啶与1，4-二溴丁烷溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，聚合物中的4-乙烯基吡啶单元与1，4-二溴丁烷的摩尔比为1∶0.5～2，配制成聚合物浓度为10～30毫克/毫升的溶液，在30℃放置4～12h，得到前驱体溶液；
3)采用浸涂机将步骤1)的微晶玻璃叉指金电极浸渍于前驱体溶液中0.5～2分钟，提拉取出后，80～140℃温度下交联季胺化2～12h，在微晶玻璃叉指金电极表面形成聚电解质基底膜；
4)将过硫酸铵和4-甲基苯磺酸同时溶解于去离子水中，过硫酸铵和4-甲基苯磺酸的质量比为1∶0.2～3，过硫酸铵浓度为0.2～4毫克/毫升，得到溶液A；
5)采用浸涂机将经过步骤3)处理的微晶玻璃叉指金电极浸渍于溶液A中1～6分钟，晾干后，在0～50℃的饱和吡咯蒸汽中气相聚合1～12h，经无水乙醇洗涤，50～80℃烘干，得到聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件。
上述的微晶玻璃片基体表面的叉指金电极有8～16对，叉指金电极的叉指宽度为20～200μm，叉指间隙为20～200μm。
本实用新型的优点是：
聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件，具有本征导电聚合物的优良导电性和聚电解质湿敏材料对湿度的高灵敏度响应。在宽的湿度范围内，特别是中低湿(0～60％RH)环境下具有阻抗值适中，灵敏度高，线性度好，响应快，回复性佳，稳定性强的优点。同时叉指式电极结构可使湿敏元件电阻降低，检测范围加宽。该湿敏元件可广泛应用于工农业生产过程，仓储，大气环境监测时对于环境湿度精确测量与控制。
附图说明
图1是本实用新型的湿敏元件的结构示意图；
图2是聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件基底膜和复合膜的湿敏响应特性曲线(半对数坐标)；
图3是聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件的响应时间曲线；
图4是不同气相聚合温度下制得的聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件在宽湿度(0～98％RH)范围时的湿敏响应特性曲线(半对数坐标)；
图5是不同气相聚合温度下制得的聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件在中低湿(0～60％RH)时的湿敏响应特性曲线(线性坐标)；
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型。
参照图1，聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件具有微晶玻璃基体1，在微晶玻璃基体表面有多对叉指金电极2，在叉指金电极上连接有引线4，在微晶玻璃片基体和叉指金电极表面涂覆有湿敏薄膜3，湿敏薄膜3为交联季胺化的聚4-乙烯基吡啶和聚吡咯复合膜。
所说的微晶玻璃片基体表面的叉指金电极有8～16对，叉指金电极的叉指宽度为20～200μm，叉指间隙为20～200μm。
实施例1：
1)用无水乙醇和丙酮浸泡清洗表面光刻和蒸发有叉指金电极的微晶玻璃基片，烘干备用；
2)将聚4-乙烯基吡啶与1，4-二溴丁烷溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，聚合物中的4-乙烯基吡啶单元与1，4-二溴丁烷的摩尔比为1∶0.5，配制成聚合物浓度为10毫克/毫升的溶液，在30℃放置4h，得到前驱体溶液；
3)采用浸涂机将步骤1)的微晶玻璃叉指金电极浸渍于前驱体溶液中0.5分钟，提拉取出，80℃温度下交联季胺化12h，在微晶玻璃叉指金电极表面形成聚电解质基底膜；
4)将过硫酸铵和4-甲基苯磺酸溶解于去离子水中，过硫酸铵和4-甲基苯磺酸的质量比为1∶0.2，过硫酸铵浓度为0.2毫克/毫升，得到溶液A；5)采用浸涂机将经过步骤3)处理的微晶玻璃叉指金电极浸渍于溶液A中1分钟，晾干后，在0℃的饱和吡咯蒸汽中气相聚合12h，经无水乙醇洗涤，50℃烘干，得到聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件。
实施例2：
1)电极清洗同实施例1；
2)将聚4-乙烯基吡啶与1，4-二溴丁烷溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，聚合物中的4-乙烯基吡啶单元与1，4-二溴丁烷的摩尔比为1∶2，配制成聚合物浓度为30毫克/毫升的溶液，在30℃放置12h，得到前驱体溶液；
3)采用浸涂机将步骤1)的微晶玻璃叉指金电极浸渍于前驱体溶液中2分钟，提拉取出，140℃温度下交联季胺化2h，在微晶玻璃叉指金电极表面形成聚电解质基底膜；
4)将过硫酸铵和4-甲基苯磺酸溶解于去离子水中，过硫酸铵和4-甲基苯磺酸的质量比为1∶3，过硫酸铵浓度为4毫克/毫升，得到溶液A；
5)采用浸涂机将经过步骤3)处理的微晶玻璃叉指金电极浸渍于溶液A中6分钟，晾干后，在50℃的饱和吡咯蒸汽中气相聚合1h，经无水乙醇洗涤，80℃烘干，得到聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件。
实施例3：
1)电极清洗同实施例1；
2)将聚4-乙烯基吡啶与1，4-二溴丁烷溶解于N，N-二甲基甲酰胺中，聚合物中的4-乙烯基吡啶单元与1，4-二溴丁烷的摩尔比为1∶1，配制成聚合物浓度24毫克/毫升的溶液，在30℃放置12h，得到电解质前驱体溶液；
3)采用浸涂机将步骤1)的微晶玻璃叉指金电极浸渍于前驱体溶液中1分钟，提拉取出，110℃温度下交联季胺化10h，在微晶玻璃叉指金电极表面形成聚电解质基底膜；
4)将过硫酸铵和4-甲基苯磺酸溶解于去离子水中，，过硫酸铵和4-甲基苯磺酸的质量比为1∶2，过硫酸铵浓度为1.5毫克/毫升，得到溶液A；
5)采用浸涂机将经过步骤3)处理的微晶玻璃叉指金电极浸渍于溶液A中4分钟，晾干后，在25℃的饱和吡咯蒸汽中气相聚合4h，经无水乙醇洗涤，70℃烘干，得到聚电解质/本征导电聚合物复合湿敏元件。本例制得的湿敏元件的聚电解质基底膜和聚电解质/本征导电聚合物复合膜的湿敏响应特性见图2，由图可见，复合本征导电聚合物后，在中低湿都具有适中的阻抗值，方便湿度测量。湿敏元件的响应时间特性见图3，由图可见，湿敏元件具有响应快，回复性好特性。
图4所示为气相聚合温度分别为3℃，25 ℃时的聚电解质/本征导电聚合物复合膜湿敏元件的湿敏响应特性曲线(半对数坐标)，由图可见，复合湿敏元件在宽的湿度(0～98％RH)范围内都具有灵敏度较高，线性度较好的特性。
图5所示为气相聚合温度分别为3℃，25℃时的聚电解质/本征导电聚合物复合膜湿敏元件的湿敏响应特性曲线(线性坐标)，由图可见，复合湿敏元件在线性坐标时，在中低湿(0～60％RH)下具有很好的线性度和灵敏度。
Claims (2)
1. 聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件，其特征在于：它具有微晶玻璃基体(1)，在微晶玻璃基体表面光刻和蒸发有多对叉指金电极(2)，在叉指金电极上连接有引线(4)，在微晶玻璃片基体和叉指金电极表面涂覆有湿敏薄膜(3)。
2. 根据权利要求1所述的聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件，其特征在于微晶玻璃片基体表面的叉指金电极有8～16对，叉指金电极的叉指宽度为20～200μm，叉指间隙为20～200μm。
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| CNU2007201113801U CN201096743Y (zh) | 2007-06-27 | 2007-06-27 | 聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件 |
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| CNU2007201113801U CN201096743Y (zh) | 2007-06-27 | 2007-06-27 | 聚电解质/本征导电聚合物复合电阻型薄膜湿敏元件 |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN101907593A (zh) * | 2010-07-20 | 2010-12-08 | 浙江大学 | 聚吡咯/聚偏氟乙烯纳米纤维复合电阻型薄膜气敏元件及其制作方法 |
| CN101408522B (zh) * | 2008-11-24 | 2011-12-21 | 浙江大学 | 具有超支化结构的高分子电阻型湿敏元件的制作方法 |
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2007
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