本發明專利技術公開了一種聚電解質和石墨烯復合的電阻型濕敏元件及其制作方法，它是以陶瓷為基片，其上有多對叉指金電極，在陶瓷基片和叉指金電極表面涂敷有濕敏薄膜，濕敏薄膜為聚電解質聚二烯丙基二甲基氯化銨和石墨烯復合物。該濕敏元件在寬的濕度范圍，特別是在低濕度環境下均具有阻抗值適中、靈敏度高、線性度好、濕滯小、在室溫下檢測等特點，可廣泛應用于工農業生產、倉儲、大氣環境監測等領域對于環境濕度，尤其是低濕環境下濕度的精確測量與控制。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及。
技術介紹
濕度檢測在現代工農業生產和環境監測中具有日益重要的作用。作為檢測濕度最為常用而有效的方法，濕度傳感器的研究也因而受到各國普遍重視。近年來，高壓電氣設備越來越多的應用在生產生活的各個方面，而用于高壓變電設備絕緣的介質六氟化硫氣體中水分含量對于其絕緣性能有著顯著影響，并影響設備壽命和安全，因此低濕環境的監測亦受到很大的關注。高分子電阻型濕度傳感器具有響應靈敏度高、制備簡便、價格低廉、易于改性調控性能等優點，成為濕度傳感器研究發展的重點。當前高分子電阻型濕度傳感器主要以聚電解質為主，這類材料響應靈敏度比較高，但同時這類材料在低濕環境下具有很高的電阻，難以測定，大大限制了其在低濕檢測中的應用。為此，有必要通過化學修飾、復合等方法對于高分子濕敏材料進行改性，以降低其低濕電阻，擴大檢測量程，改善其低濕響應特性。將聚電解質與高分子和無機導電材料等通過共聚、共混等方法復合，可以在一定程度上降低復合材料的電阻，有望制備可檢測低濕環境的電阻型濕度傳感器。2004年Geim等人發現石墨烯材料，在科學界激起了巨大的波瀾，僅僅過了六年時間，即在2010年獲得諾貝爾物理學獎。人們發現，石墨烯這種新型二維納米材料具有非同尋常的導電性能、超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性，有望在現代電子科技領域引發一輪革命。石墨烯是已知材料中最薄的一種，非常牢固堅硬；作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快其導電電子不僅能在晶格中無障礙地移動，而且速度極快，遠遠超過了電子在金屬導體或半導體中的移動速度。由此可用于制備室溫彈道場效應晶體管， 單電子器件以及集成電路，此外它還在復合材料、電池電極材料、儲氫材料、場發射材料、量子計算機以及超靈敏傳感器等領域具有良好的應用前景。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種在寬的濕度范圍內，特別是在低濕環境下具有響應靈敏度高、濕滯小、可室溫檢測的聚電解質和石墨烯復合電阻型濕敏元件及其制作方法。本專利技術的聚電解質和石墨烯復合的電阻型濕敏元件，具有陶瓷基體，在陶瓷基體表面光刻和蒸發有多對叉指金電極，在叉指金電極上連接有引線，在陶瓷基體和叉指金電極表面涂覆有濕敏薄膜，濕敏薄膜為聚二烯丙基二甲基氯化銨與石墨烯復合濕敏材料。聚電解質和石墨烯復合的電阻型濕敏元件的制作方法，包括以下步驟1)清洗表面光刻和蒸發有叉指金電極的陶瓷基片，烘干備用；2)將1-5克25%wt的聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液用5-15毫升去離子水稀釋；3)將5-25毫克氧化石墨烯加入5-15毫升水中，超聲振蕩處理15-45分鐘，然后逐滴加入到步驟2)制備的聚二烯丙基二甲基氯化銨溶液中，繼續超聲振蕩處理15-45分鐘后， 加入0. 1-0. 5毫升質量含量為85%的水合胼，在65-125°C下加熱5_15小時，得到前驅體溶液；4)將步驟1)的陶瓷叉指金電極浸漬于步驟3)制備的前驅體溶液中0. 5-2分鐘，提拉取出后，在60-120°C下加熱1-10小時，得到覆蓋有聚電解質和石墨烯復合濕敏薄膜的電阻型濕敏元件。本專利技術的優點在于1)陽離子聚電解質聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)是一種常見的聚電解質材料，其濕滯小，響應靈敏度高。但是存在低濕下電阻高的缺點，難以用于低濕環境測定，限制了其實際應用的范圍。石墨烯作為一種具有優異導電性的二維納米導電材料，與聚電解質PDDA 復合后明顯降低了元件在干燥環境下的電阻，使其在低濕下仍具有很好的線性響應，同時它沒有影響聚電解質濕敏材料PDDA的其它優異濕敏響應特性，復合物仍然體現出很小的濕滯。2)石墨烯具有良好的導電性，但是其不溶不熔，難以直接實現與聚電解質良好復合。為此，選用在溶液中具有良好分散性的氧化石墨烯與聚電解質PDDA直接進行溶液共混。通過浸涂方法，將復合物薄膜沉積于叉指金電極上，再進行一步化學還原，即可制得石墨烯與聚電解質復合薄膜電阻型濕敏元件。該方法簡便易行，避免了通常納米材料與聚合物復合時，為了改善其分散特性而需要對于納米材料進行復雜的化學修飾改性，采用浸涂方法制備的元件一致性好，成品率高，尤其適于批量生產；3)石墨烯的導電性很高，而且不受環境濕度影響，其與聚電解質復合，可顯著降低濕敏元件在低濕環境下的電阻，從而方便地實現低濕環境測定；而且作為二維納米材料，其與聚電解質PDDA復合，可顯著提高濕敏膜的比表面積，從而加快響應和增加響應靈敏度，此外石墨烯良好的化學穩定性也有利于濕敏元件穩定性的提高；4)本專利技術的濕敏元件具有體積小，低成本，使用方便等優點。采用基底為多孔陶瓷的叉指金電極結構，可以改善濕敏薄膜與電極基底的接觸性，提高元件的穩定性。該濕敏元件可廣泛應用于工農業生產過程、倉儲、大氣環境監測時對于環境濕度精確測量與控制，特別是低濕環境的濕度檢測。附圖說明圖1是本專利技術的濕敏元件的結構示意圖2是聚電解質和石墨烯復合的電阻型濕敏元件的濕滯曲線； 圖3是聚電解質和石墨烯復合的電阻型濕敏元件的低濕響應曲線； 圖4是聚電解質和石墨烯復合的電阻型濕敏元件的響應時間曲線。具體實施例方式以下結合附圖和實施例進一步說明本專利技術。參照圖1，本專利技術的聚電解質和石墨烯復合的電阻型濕敏元件，具有陶瓷基體1， 在陶瓷基體表面光刻和蒸發有多對叉指金電極2，在叉指金電極上連接有引線4，在陶瓷基體和叉指金電極表面涂覆有濕敏薄膜3，濕敏薄膜3為聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDDA)和石墨烯復合濕敏材料。所說的陶瓷片基體表面的叉指的叉指寬度為20-200 ym，叉指間隙為20-200μ m0實施例1 1)清洗表面光刻和蒸發有叉指金電極的陶瓷基片，烘干備用；2)將5克25%wt的PDDA溶液用5毫升去離子水稀釋；3)將5毫克氧化石墨烯加入5毫升水中，超聲振蕩處理15分鐘，然后逐滴加入到步驟 2)制備的PDDA溶液中，繼續超聲振蕩處理15分鐘后，加入0. 1毫升質量含量為85%的水合胼，在65°C下加熱5小時，得到前驅體溶液；4)將步驟1)的陶瓷叉指金電極浸漬于步驟3)制備的前驅體溶液中0.5分鐘，提拉取出后，在60°C下加熱1小時，得到覆蓋有聚電解質和石墨烯復合濕敏薄膜的電阻型濕敏元件。實施例2:1)清洗表面光刻和蒸發有叉指金電極的陶瓷基片，烘干備用；2)將3克25%wt的PDDA溶液用7毫升去離子水稀釋；3)將7毫克氧化石墨烯加入7毫升水中，超聲振蕩處理20分鐘，然后逐滴加入到步驟 2)制備的PDDA溶液中，繼續超聲振蕩處理20分鐘后，加入0. 2毫升質量含量為85%的水合胼，在125°C下加熱7小時，得到前驅體溶液；4)將步驟1)的陶瓷叉指金電極浸漬于步驟3)制備的前驅體溶液中0.8分鐘，提拉取出后，在70°C下加熱2小時，得到覆蓋有聚電解質和石墨烯復合濕敏薄膜的電阻型濕敏元件。實施例3:1)清洗表面光刻和蒸發有叉指金電極的陶瓷基片，烘干備用；2)將1克25%wt的PDDA溶液用10毫升去離子水稀釋；3)將15毫克氧化石墨烯加入10毫升水中，超聲振蕩處理30分鐘，然后逐滴加入到步驟2)制備的PDDA溶液中，繼續超聲振蕩處理30分鐘后，加入0. 4毫升質量含量為85%的水合胼，在80°C下加熱10小時，得到前驅體溶液；4)將步驟1)的陶瓷叉指金電極浸漬于步驟3)制備的前驅體溶液中1.5分鐘，提拉取出后，在90°C下本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．一種聚電解質和石墨烯復合的電阻型濕敏元件，其特征在于：它具有陶瓷基體⑴，在陶瓷基體表面光刻和蒸發有多對叉指金電極⑵，在叉指金電極上連接有引線⑷，在陶瓷基體和叉指金電極表面涂覆有濕敏薄膜⑶，濕敏薄膜為聚二烯丙基二甲基氯化銨和石墨烯復合物。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李揚，鄧超，楊慕杰，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：86
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