RU2806626C1 - Relative air humidity sensor based on polyaniline thin film - Google Patents

Relative air humidity sensor based on polyaniline thin film Download PDF

Info

Publication number
RU2806626C1
RU2806626C1 RU2023110941A RU2023110941A RU2806626C1 RU 2806626 C1 RU2806626 C1 RU 2806626C1 RU 2023110941 A RU2023110941 A RU 2023110941A RU 2023110941 A RU2023110941 A RU 2023110941A RU 2806626 C1 RU2806626 C1 RU 2806626C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air humidity
relative air
sensor
film
humidity sensor
Prior art date
Application number
RU2023110941A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ренат Баязитович Салихов
Ахат Газизьянович Мустафин
Ильнур Наилевич Муллагалиев
Анастасия Дмитриевна Остальцова
Тимур Ренатович Салихов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий"
Application granted granted Critical
Publication of RU2806626C1 publication Critical patent/RU2806626C1/en

Links

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: thin-film organic sensor of relative air humidity is made on a dielectric substrate with current interpenetrating contacts of a comb-type copper deposited on it, on which a conductive polymer film is deposited, while the polymer film is made on the basis of a polyaniline derivative - poly-2-[(2E)- 1-methyl-2-buten-1-yl]aniline.
EFFECT: fast measurement in a wide range of relative air humidity.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройству на основе органических влагочувствительных элементов и датчику влажности, содержащему такие влагочувствительные элементы.The invention relates to the field of measuring technology, namely to a device based on organic moisture-sensitive elements and a humidity sensor containing such moisture-sensitive elements.

Известен датчик влажности на диэлектрической подложке со взаимопроникающими гребенчатыми электродами, на которые наносится чувствительное покрытие из смеси двух полимеров - полисиланоанилина и полианилина в соотношении 9:1. [Патент РФ N 2 088 914 С1, МПК G 01 N 27/30. Дата опубликования 27.08.1997]. A known humidity sensor is on a dielectric substrate with interpenetrating comb electrodes, onto which a sensitive coating is applied from a mixture of two polymers - polysilanoaniline and polyaniline in a ratio of 9:1. [RF Patent N 2 088 914 C1, IPC G 01 N 27/30. Date of publication 08/27/1997].

К недостаткам такого датчика относится необходимость поддержания окислительно-восстановительного состояния. Также недостатком является использование хромовых контактов, сложных в изготовлении.The disadvantages of such a sensor include the need to maintain the redox state. Another disadvantage is the use of chrome contacts, which are difficult to manufacture.

Известно изобретение - датчик влажности полимерного резисторного типа из водной дисперсии нанополианилина. Датчик имеет керамическую подложку, множество фотомасок для создания взаимопроникающих гребенчатых золотых электродов, на эти золотые электроды наносят чувствительную к влаге тонкую пленку, чувствительная к влаге тонкая пленка представляет собой композитный высокомолекулярный влагочувствительный материал из нанополианилина и поливинилового спирта (ПВС) в воде. [Патент CN101799441A. МКП G 01 N 27/12. Дата опубликования 11.08.2010].A known invention is a polymer resistor-type humidity sensor made from an aqueous dispersion of nanopolyaniline. The sensor has a ceramic substrate, multiple photomasks to create interpenetrating comb gold electrodes, a moisture-sensitive thin film is applied to these gold electrodes, the moisture-sensitive thin film is a composite high molecular weight moisture-sensitive material of nanopolyaniline and polyvinyl alcohol (PVA) in water. [Patent CN101799441A. MCP G 01 N 27/12. Date of publication 08/11/2010].

К недостаткам такого датчика относятся его дорогостоящие золотые контакты, сложное синтезирование влагочувствительного материала в виде нанотрубок полианилина. The disadvantages of such a sensor include its expensive gold contacts and the complex synthesis of moisture-sensitive material in the form of polyaniline nanotubes.

Наиболее близким к предложенному является датчик для анализа газообразных веществ, в котором на взаимопроникающие гребенчатые электроды нанесено чувствительное покрытие в виде пленки, состоящей из смеси трех проводящих полимеров: полистануманилина, полисиланоанилина и полианилина в массовом соотношении 7:4:2. [Патент РФ N 2 209 424. МКП G 01 N 27/12. Дата опубликования 27.07.2003].The closest to the proposed one is a sensor for the analysis of gaseous substances, in which a sensitive coating is applied to interpenetrating comb electrodes in the form of a film consisting of a mixture of three conducting polymers: polystanumaniline, polysilanoaniline and polyaniline in a mass ratio of 7:4:2. [RF Patent N 2 209 424. MCP G 01 N 27/12. Date of publication: 07/27/2003].

К недостаткам такого датчика относятся необходимость дополнительной настройки селективного изменения электрофизических параметров синтезированного чувствительного покрытия при воздействии на него инфракрасного излучения определенной длины волны, сложность технологии формирования комплексного сорбента.The disadvantages of such a sensor include the need for additional adjustment of selective changes in the electrophysical parameters of the synthesized sensitive coating when exposed to infrared radiation of a certain wavelength, and the complexity of the technology for forming a complex sorbent.

Задача изобретения - обеспечение большого диапазона измеряемой относительной влажности воздуха, хорошей линейности вольт-амперных характеристик, высокой скорости реакции и низкого гистерезиса, уменьшение энергопотребления при измерении относительной влажности воздуха и упрощение изготовления датчика влажности.The objective of the invention is to provide a wide range of measured relative air humidity, good linearity of current-voltage characteristics, high response speed and low hysteresis, reduce power consumption when measuring relative air humidity and simplify the manufacture of a humidity sensor.

Технический результат изобретения - это быстрое измерение в большом диапазоне относительной влажности воздуха.The technical result of the invention is a quick measurement over a wide range of relative air humidity.

Задача решается, а технический результат достигается тонкопленочным органическим датчиком относительной влажности воздуха, выполненным на диэлектрической подложке с нанесенными на нее токовыми взаимопроникающими контактами гребенчатого вида из меди, на которые нанесена влагочувствительная пленка проводящего полимера, которая в отличие от предыдущего, выполнена на основе производной полианилина, а именно поли-2-[(2E)-1-метил-2-бутен-1-ил]анилина.The problem is solved, and the technical result is achieved by a thin-film organic sensor of relative air humidity, made on a dielectric substrate with current interpenetrating comb-type copper contacts applied to it, on which a moisture-sensitive film of a conductive polymer is applied, which, unlike the previous one, is made on the basis of a polyaniline derivative, namely poly-2-[(2E)-1-methyl-2-buten-1-yl]aniline.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид датчика относительной влажности воздуха. На фиг. 2 изображен градуировочный график датчика.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. Figure 1 shows a general view of the relative humidity sensor. In fig. Figure 2 shows the calibration graph of the sensor.

На фиг. 1 представлен датчик, который состоит из: подложки из ситалла 1, на которой расположены взаимопроникающие гребенчатые электроды 2 из меди с зазором 50 мкм и пленка 3 из влагочувствительного вещества - производная полианилина поли-2-[(2E)-1-метил-2-бутен-1-ил]анилина.In fig. Figure 1 shows a sensor that consists of: a glass-ceramic substrate 1 on which interpenetrating comb electrodes 2 are made of copper with a gap of 50 μm and a film 3 of a moisture-sensitive substance - a polyaniline derivative poly-2-[(2E)-1-methyl-2- buten-1-yl]aniline.

На фиг. 2 показана градуировочная вольт-амперная характеристика датчика. Датчик относительной влажности воздуха для измерения влажности работает следующим образом. На датчик подается постоянное напряжение и измеряется протекающий ток через пленку полианилина. Под действием влажности изменяется ток, значения которого отградуированы в процентах относительной влажности воздуха. In fig. Figure 2 shows the calibration current-voltage characteristic of the sensor. The relative humidity sensor for measuring humidity works as follows. A constant voltage is applied to the sensor and the current flowing through the polyaniline film is measured. Under the influence of humidity, the current changes, the values of which are calibrated as a percentage of relative air humidity.

Все измерения параметров датчика проводились при комнатной температуре, в качестве газа-носителя использовался воздух. Градуировочная характеристика измерена в интервале относительной влажности 10-90%. Зависимость тока, протекающего через датчик, от относительной влажности является практически линейной. Средняя чувствительность датчика составляет величину, равную 125 нА/%.All measurements of the sensor parameters were carried out at room temperature, using air as a carrier gas. The calibration characteristic is measured in the range of relative humidity 10-90%. The dependence of the current flowing through the sensor on relative humidity is almost linear. The average sensitivity of the sensor is 125 nA/%.

Время срабатывания датчика не превышает 10 с. Определяется экспериментально, путем резкого уменьшения влажности в испытательной камере.The sensor response time does not exceed 10 s. Determined experimentally by sharply reducing the humidity in the test chamber.

Изготовление тонкопленочного органического датчика включает следующие этапы:The production of a thin-film organic sensor includes the following steps:

1) чистку поверхности подложки в ультразвуковой ванне, сушку в печи;1) cleaning the surface of the substrate in an ultrasonic bath, drying in an oven;

2) термическое напыление в вакууме взаимопроникающих контактов гребенчатого вида из меди;2) thermal spraying in vacuum of interpenetrating comb-type contacts made of copper;

3) создание тонкой пленки производной полианилина в области зазора между контактами методом центрифугирования, полимеризацию полианилина в печи.3) creation of a thin film of a polyaniline derivative in the area of the gap between the contacts by centrifugation, polymerization of polyaniline in an oven.

Изобретение имеет ряд преимуществ, заключающихся в том, что:The invention has a number of advantages, namely that:

1) производная полианилина, а именно поли-2-[(2E)-1-метил-2-бутен-1-ил]анилин, отличается тем, что его использование повышает селективность датчика влажности в смеси с другими газами;1) a polyaniline derivative, namely poly-2-[(2E)-1-methyl-2-buten-1-yl]aniline, is characterized in that its use increases the selectivity of the humidity sensor in a mixture with other gases;

2) вольт-амперные характеристики имеют линейный характер во всем диапазоне измерения относительной влажности воздуха;2) current-voltage characteristics are linear throughout the entire range of measurement of relative air humidity;

3) производная полианилина имеет большую удельную площадь поверхности, что полезно для поглощения и десорбции влаги из окружающей среды, тем самым ускоряется поглощение влаги и скорость отклика на осушение, и время отклика короче;3) polyaniline derivative has a large specific surface area, which is beneficial for absorbing and desorption of moisture from the environment, thereby accelerating the moisture absorption and dehumidification response speed, and the response time is shorter;

4) процесс подготовки чувствительного к влаге материала прост, а стоимость материала имеет меньшую цену, подходит для серийного производства;4) The preparation process of moisture-sensitive material is simple, and the cost of the material is lower, suitable for mass production;

5) упрощение изготовления датчика за счет применения только одной пары взаимопроникающих контактов гребенчатого вида;5) simplification of sensor manufacturing due to the use of only one pair of interpenetrating comb-type contacts;

6) чувствительная пленка полианилина не требует нагрева, также после проведения измерений быстро самовосстанавливается и готова к следующему измерению. Из-за отсутствия затрат энергии на нагрев и поддержание окислительно-восстановительной реакции увеличивается энергоэффективность датчиков на основе поли-2-[(2E)-1-метил-2-бутен-1-ил]анилина.6) the sensitive polyaniline film does not require heating, and after measurements it quickly heals itself and is ready for the next measurement. Due to the lack of energy consumption for heating and maintaining the redox reaction, the energy efficiency of sensors based on poly-2-[(2E)-1-methyl-2-buten-1-yl]aniline increases.

Итак, заявляемое изобретение позволяет обеспечить большой диапазон измеряемой относительной влажности воздуха, имеет хорошую линейность вольт-амперной характеристики, высокую скорость реакции и низкий гистерезис, также характеризуется малым энергопотреблением и упрощенной технологией изготовления датчика влажности.So, the claimed invention makes it possible to provide a wide range of measured relative air humidity, has good linearity of the current-voltage characteristic, high response speed and low hysteresis, and is also characterized by low power consumption and simplified manufacturing technology of the humidity sensor.

Claims (1)

Тонкопленочный органический датчик относительной влажности воздуха, выполненный на диэлектрической подложке с нанесенными на нее токовыми взаимопроникающими контактами гребенчатого вида из меди, на которые нанесена пленка проводящего полимера, отличающийся тем, что пленка выполнена на основе производной полианилина, а именно поли-2-[(2E)-1-метил-2-бутен-1-ил]анилина. Thin-film organic sensor of relative air humidity, made on a dielectric substrate with current interpenetrating comb-type copper contacts applied to it, on which a film of conductive polymer is applied, characterized in that the film is made on the basis of a polyaniline derivative, namely poly-2-[(2E )-1-methyl-2-buten-1-yl]aniline.
RU2023110941A 2023-04-27 Relative air humidity sensor based on polyaniline thin film RU2806626C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2806626C1 true RU2806626C1 (en) 2023-11-02

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2088914C1 (en) * 1995-07-03 1997-08-27 Сергей Алексеевич Радин Sensor for analysis of gaseous substances
RU2209424C1 (en) * 2001-12-04 2003-07-27 Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" Element sensitive to concentration of gases
CN101324539B (en) * 2008-07-22 2011-10-26 浙江大学 Polymer compound resistor type humidity sensitive element with nanometer fiber structure and manufacturing method thereof
US20170097313A1 (en) * 2015-10-01 2017-04-06 Honeywell International Inc. Humidity sensor
WO2019087112A1 (en) * 2017-10-31 2019-05-09 Cyberswarm, Inc. Chemiresistor humidity sensor and fabrication method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2088914C1 (en) * 1995-07-03 1997-08-27 Сергей Алексеевич Радин Sensor for analysis of gaseous substances
RU2209424C1 (en) * 2001-12-04 2003-07-27 Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" Element sensitive to concentration of gases
CN101324539B (en) * 2008-07-22 2011-10-26 浙江大学 Polymer compound resistor type humidity sensitive element with nanometer fiber structure and manufacturing method thereof
US20170097313A1 (en) * 2015-10-01 2017-04-06 Honeywell International Inc. Humidity sensor
WO2019087112A1 (en) * 2017-10-31 2019-05-09 Cyberswarm, Inc. Chemiresistor humidity sensor and fabrication method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5958340A (en) Solid-state chemical sensor
Su et al. Novel flexible resistive-type humidity sensor
Choi et al. Humidity-sensitive optode membrane based on a fluorescent dye immobilized in gelatin film
CN106716152A (en) Thin-film resistive-based sensor
Lee et al. Nano-grass polyimide-based humidity sensors
Fu Sensing behavior of CdS nanoparticles to SO2, H2S and NH3 at room temperature
GB2407384A (en) Humidity sensor element
JP7454069B2 (en) Multidimensional multiparameter gas sensor, its manufacturing method, and gas detection method
WO2012117104A1 (en) Moisture sensor including, as a moisture-absorbing layer, a polymer layer including a mixture of polyamides
Packirisamy et al. A polyimide based resistive humidity sensor
Choi et al. A highly sensitive humidity sensor with a novel hole array structure using a polyimide sensing layer
Cerda et al. Deposition on micromachined silicon substrates of gas sensitive layers obtained by a wet chemical route: a CO/CH4 high performance sensor
RU2806626C1 (en) Relative air humidity sensor based on polyaniline thin film
Mistry et al. Sol–gel processed Al2O3 thick film template as sensitive capacitive trace moisture sensor
CN110726757A (en) Humidity sensor based on halloysite nanotube and preparation method thereof
ur Rehman et al. Investigating sensing properties of poly-(dioctylfluorene) based planar sensor
Roman et al. A capacitive-type humidity sensor using crosslinked poly (methyl methacrylate-co-(2 hydroxypropyl)-methacrylate)
Ingram et al. Polymeric humidity sensor based on laser carbonized polyimide substrate
JPH06281610A (en) Humidity sensor, alcohol sensor or ketone sensor
CN101825596A (en) Multiple-output film gas-sensitive sensor
CN109470744A (en) One kind being based on MoO3/In2O3Acetone sensor, the preparation method and applications of composite sensitive material
KR20080052249A (en) Metal-oxide-semiconductor chemical sensor and its fabrication method
US6796166B1 (en) All polymer humidity sensor based on laser carbonized polyimide substrate
Elmi et al. Ultra low power MOX sensors with ppb-level VOC detection capabilities
RU2625827C1 (en) Method of forming electric conducting films selective with regard to moisture content in air framework, by interaction on surface of oxid water-soluble polymer oxides and potassium (ii) potassium hydrogen (ii)