专利名称：一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及湿度敏感传感器元件及其制备方法。
背景技术：
工业的发展和人们对舒适环境的追求对低成本、高性能的湿度传感器的需求日益增加。目前常用的湿度传感器分为电阻式和电容式两类。其中电阻式湿度传感器的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在膜上时，元件的电阻率和电阻值会发生变化，利用这一特性即可测量出湿度的不同。日本的中山享等人(Susumu NAKAYAMA, Hiroshi KUROSHIMA, Humidity Sensor Using Porous Ceramics XLi2Al2O3- 2Si02, journel of the ceramic Society Of Japan, 100(1163)968 971，1992) 利用锂霞石做为湿度传感器材料的湿敏湿敏传感器，其采用先将锂霞石在IOOMPa下压制成厚为0. 5毫米、长为6毫米、宽为6毫米的薄片，再经高温烧结，将锂霞石做成了陶瓷片， 其响应时间为3 4分钟，响应慢，而且制备工艺难度大。
发明内容
本发明是要解决现有的锂霞石湿度传感器响应慢、制备工艺难度大的技术问题， 而提供一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件及其制备方法。本发明的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件由氧化铝陶瓷基体、涂覆在氧化铝陶瓷基体上的锂霞石涂层和焊接在氧化铝陶瓷基体上的电极组成，其中锂霞石涂层的厚度为 0. OOlmm 0. Imm0上述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法按以下步骤进行一、制备锂霞石溶胶粘结剂；二、按锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂的质量比为 1 20 1称取锂霞石颗粒和步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂并加入到研钵研磨5min 60min，得到锂霞石浆料；三、将电极焊在氧化铝陶瓷基体上；四、将步骤二得到的锂霞石浆料涂覆在焊好电极的氧化铝陶瓷基体上，涂覆层的厚度为0. OOlmm 0. 1mm，先在室温下静置IOh 30h，然后放入温度为550°C 1200°C的热处理炉中焙烧0. 5h 6h，得到半成品元件；五、将步骤四得到的半成品元件放在湿度为10% 100%的环境中，在老化电压3V 20V，老化频率IOHz 3000Hz的条件下老化5 100天，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。本发明的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件是以锂霞石为湿敏材料，选择锂霞石溶胶作为粘结剂，采取厚膜工艺制备锂霞石湿敏传感器。采用锂霞石溶胶作为粘结剂，经热处理后，锂霞石溶胶粘结剂烧结成为锂霞石，使元件尽可能少的引入杂质，同时由溶胶粘结剂烧结生产的锂霞石和原有锂霞石烧结在一起，使元件强度大幅提高。锂霞石溶胶经在 550°C 1200°C的高温下烧结而成锂霞石，原料中的锂霞石粉体的烧结温度更高。因此，由二者组成的元件能够在较高温度下保持其物理化学性质不变。由于锂霞石化学性质稳定不易于各种常见的气体分子发生反应，因此其抗污染，不易中毒。本发明采用厚膜制备工艺，既克服薄膜传感器容易发生污染的不足，而且由于涂层厚度小，水分子容易扩散到原件内部的时间短，元件响应快。本发明的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件化学性质稳定，灵敏性好，响应时间短， 例如，在相对湿度为10% 50%的条件下响应时间小于10秒，而且在高温度环境下不易损坏，其成本低，工艺简单，设备要求不高，有利于实现大规模生产。可用于高温恶劣坏境中。
图1是具体实施方式
三十制备的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的锂霞石层的扫描电镜照片；
图具体实施方式
三十制备的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的相对湿度-交流阻抗曲线图。
具体实施例方式具体实施方式
一本实施方式的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件由氧化铝陶瓷基体、涂覆在氧化铝陶瓷基体上的锂霞石涂层和焊接在氧化铝陶瓷基体上的电极组成， 其中锂霞石涂层的厚度为0. OOlmm 0. 1mm。本实施方式的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件化学性质稳定，灵敏性好，响应时间短，例如，在相对湿度为10% 50%的条件下响应时间小于10秒，而且在高温度环境下不易损坏，其成本低，工艺简单，设备要求不高，有利于实现大规模生产。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是锂霞石涂层的厚度为 0. 003mm 0. 08_。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是锂霞石涂层的厚度为 0.01mm。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法按以下步骤进行一、制备锂霞石溶胶粘结剂；二、按锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂的质量比为1 20 1称取锂霞石颗粒和步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂并加入到研钵研磨5min 60min，得到锂霞石浆料；三、将电极焊在氧化铝陶瓷基体上；四、将步骤二得到的锂霞石浆料涂覆在焊好电极的氧化铝陶瓷基体上，涂覆层的厚度为0. OOlmm 0. 1mm，先在室温下静置IOh 30h，然后放入温度为550°C 1200°C的热处理炉中焙烧 0.证 他，得到半成品元件；五、将步骤四得到的半成品元件放在湿度为10% 100%的环境中，在老化电压3V 20V，老化频率IOHz 3000Hz的条件下老化5 100天，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。本实施方式的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件化学性质稳定，灵敏性好，响应时间短，例如，在相对湿度为10% 50%的条件下响应时间小于10秒，而且在高温度环境下不易损坏，其成本低，工艺简单，设备要求不高，有利于实现大规模生产。
具体实施方式
五本实施与具体实施方式
四不同的是步骤一中的锂霞石溶胶粘结剂的制备方法按以下步骤进行a、按1^20)3与六1(而3)3*9!120的摩尔比为1 1.8 2. 2、 Li2CO3与正硅酸乙酯的摩尔比为1 1.8 2. 2的比例称取Al (NO3) 3 · 9H20、Li2CO3和正硅酸乙酯；b、将步骤a称取的Al (NO3)3 · 9H20配制成浓度为0. 5mol/L 2mol/L的水溶液，加入氨水至溶液PH值为8 9. 5，得到氢氧化铝沉淀，将沉淀过滤并用蒸馏水洗涤后，得到氢氧化铝；c、按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为5 10 1称取浓度为85% (质量)的甲酸，先将步骤a称取的Li2CO3加入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为0. 5mol/L 2mol/L加入水，搅拌均勻，得到甲酸锂溶液；d、按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为3 5 1、水与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为1 1. 5 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液；e、将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的pH值至3 6，然后加热至40°C 80°C并保持Ih 乩； 再调节混合溶液的pH值为8 12，继续在温度为40°C 90°C条件下保持池 10h，得到锂霞石溶胶粘结剂。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤a中按Li2CO3与Al (NO3) 3·9Η20的摩尔比为1 1. 9 2. 1、Li2C03与正硅酸乙酯的摩尔比为1 1. 9 2. 1的比例称取Al (NO3)3 AH2CKLi2CO3和正硅酸乙酯。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤a中按Li2CO3与Al (NO3) 3 ·9Η20的摩尔比为1 2,Li2CO3与正硅酸乙酯的摩尔比为1 2的比例称取Al (NO3)3 · 9H20、Li2CO3和正硅酸乙酯。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤b中将步骤a称取的Al (NO3) 3 · 9H20配制成浓度为0. 8mol/L 1. 8mol/L的水溶液，加入氨水至溶液PH值为8. 5 9. 2，得到氢氧化铝沉淀，。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤b中将步骤a称取的Al (NO3) 3 · 9H20配制成浓度为1. 2mol/L的水溶液，加入氨水至溶液PH值为9.0，得到氢氧化铝沉淀。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤c按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为6 9 1称取浓度为85% (质量) 的甲酸，先将步骤a称取的Li2CO3加入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为0. 8mol/L 1.8mol/L加入水，搅拌均勻，得到甲酸锂溶液。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤c按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为8 1称取浓度为85% (质量)的甲酸，先将步骤a称取的Li2CO3加入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为1. 2mol/L加入水， 搅拌均勻，得到甲酸锂溶液。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十二 本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤d中按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为3. 5 4. 5 1、水与步骤a 称取的正硅酸乙酯的体积比为1. 1 1. 4 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤d中按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为4.0 1、水与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为1.3 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤e中将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的PH值至3. 5 5. 5，然后加热至45°C 70°C并保持1. 5h 5. 5h ；再调节混合溶液的pH值为8. 5 11. 5，继续在温度为45°C 80°C条件下保持池 9h，得到锂霞石溶胶粘结剂。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十五本实施方式与具体实施方式
五不同的是锂霞石溶胶粘结剂的制备步骤e中将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的PH值至4. 5，然后加热至60°C并保持3. 5h ；再调节混合溶液的pH值为10，继续在温度为60°C条件下保持证，得到锂霞石溶胶粘结剂。其它与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
四至十五之一不同的是步骤二中锂霞石颗粒的粒径为0. 5 μ m 50 μ m。其它与具体实施方式
四至十五之一相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
四至十五之一不同的是步骤二中锂霞石颗粒的粒径为10 μ m步。其它与具体实施方式
四至十五之一相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
四至十七之一不同的是步骤二中锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂的质量比为2 18 1。其它与具体实施方式
四至十七之一相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
四至十七之一不同的是步骤二中锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂的质量比为10 1。其它与具体实施方式
四至十七之一相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
四至十九之一不同的是步骤二中研磨时间为IOmin 50min。其它与具体实施方式
四至十九之一相同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
四至十九之一不同的是步骤二中研磨时间为30min。其它与具体实施方式
四至十九之一相同。
具体实施方式
二十二 本实施方式与具体实施方式
四至十九之一不同的是步骤四中锂霞石浆料涂覆层的厚度平均为0. 002mm 0. OSmm0其它与具体实施方式
四至十九之一相同。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
四至十九之一不同的是步骤四中锂霞石浆料涂覆层的厚度平均为0. 008mm。其它与具体实施方式
四至十九之一相同。
具体实施方式
二十四本实施方式与具体实施方式
四至二十三之一不同的是步骤四中锂霞石浆料涂覆层的厚度平均为0. 01mm。其它与具体实施方式
四至二十三之一相同。
具体实施方式
二十五本实施方式与具体实施方式
四至二十三之一不同的是步骤四中锂霞石浆料涂覆层的厚度平均为0. 02mm。其它与具体实施方式
四至二十三之一相同。
具体实施方式
二十六本实施方式与具体实施方式
四至二十五之一不同的是步骤四中先将涂覆锂霞石浆料的氧化铝陶瓷基体在室温下静置1 ^h，然后放入温度为 600°C 1100°C的热处理炉中焙烧Ih 证，得到半成品元件。其它与具体实施方式
四至二十五之一相同。
具体实施方式
二十七本实施方式与具体实施方式
四至二十五之一不同的是步骤四中先将涂覆锂霞石浆料的氧化铝陶瓷基体在室温下静置20h，然后放入温度为800°C的热处理炉中焙烧池，得到半成品元件。其它与具体实施方式
四至二十五之一相同。
具体实施方式
二十八本实施方式与具体实施方式
四至二十七之一不同的是步骤五中环境相对湿度为20% 80%，老化电压为5V 18V，老化频率为50Hz 2500Hz的条件下老化10 90天。其它与具体实施方式
四至二十七之一相同。
具体实施方式
二十九本实施方式与具体实施方式
四至二十七之一不同的是步骤五中环境相对湿度为50%，老化电压为10V，老化频率为1000Hz的条件下老化30天。其它与具体实施方式
四至二十七之一相同。
具体实施方式
三十本实施方式的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法按以下步骤进行一、锂霞石溶胶胶粘剂的制备a、按Li2CO3与Al (NO3)3 · 9H20的摩尔比为 1 2、Li2C03与正硅酸乙酯的摩尔比为1 2的比例称取Al (NO3)3 AH2CKLi2CO3和正硅酸乙酯；b、将步骤a称取的Al (NO3)3 · 9H20配制成浓度为2mol/L的水溶液，加入氨水至溶液 PH值9. 5，得到氢氧化铝沉淀，，将沉淀过滤并用蒸馏水洗涤后，得到氢氧化铝；C、按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为10 1称取浓度为85% (质量)的甲酸，先将步骤a称取的Li2CO3加入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为2mol/L加入水，搅拌均勻，得到甲酸锂溶液；d、按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为3. 3 1、水与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为1.1 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液；e、将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的pH值至5， 然后加热至60°C并保持池；再调节混合溶液的pH值为9，继续在温度为60°C条件下保持 4h，得到锂霞石溶胶粘结剂；二、按锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂的质量比为9 1称取锂霞石颗粒和步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂并加入到研钵研磨lOmin，得到锂霞石浆料；三、将电极焊在氧化铝陶瓷基体上；四、将步骤二得到的锂霞石浆料涂覆在焊好电极的氧化铝陶瓷基体上，涂覆层的厚度为0. 03mm，先在室温下静置Mh，然后放入温度为650°C的热处理炉中焙烧池，得到半成品元件；五、将步骤四得到的半成品元件放在湿度为80%的环境中，在老化电压5V，老化频率500Hz的条件下老化10天，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。本实施方式步骤二中的锂霞石颗粒的粒径为1 μ m 5 μ m。本实施方式中得到的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的锂霞石层的扫描电镜照片如图1所示，从图1可以看出，锂霞石层呈多孔的结构，锂霞石颗粒经锂霞石溶胶粘结剂粘结再经烧结相互连接，颗粒尺寸2微米左右，颗粒之间有许多空洞，这些空洞有利于气体扩散，使传感器具有良好的敏感性能。本实施方式得到的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的相对湿度-交流阻抗曲线如图2所示，从图2可以看出，厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的交流阻抗值与相对湿度在所测范围内呈现很好的线性关系，拟合的线性关系式为Y = 8. 48817-0. 04329Χ ；其中Y为 log(Z)，Z为交流阻抗的实部，其单位为Ω，X为相对湿度，性线性回归相关系数为0. 99961。本实施方式得到的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件在相对湿度为33%和59%的条件下的响应时间分别为4s和8s。
具体实施方式
三十一本实施方式的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方
8法按以下步骤进行一、锂霞石溶胶的制备a、按Li2CO3与Al(NO3)3 · 9H20的摩尔比为 1 1.8、Li2C03与正硅酸乙酯的摩尔比为1 1.8的比例称取Al (NO3)3 AH2CKLi2CO3和正硅酸乙酯；b、将步骤a称取的Al (NO3)3 · 9H20配制成浓度为1. 5mol/L的水溶液，加入氨水至溶液PH值9. 0，得到氢氧化铝沉淀，，将沉淀过滤并用蒸馏水洗涤后，得到氢氧化铝；C、按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为8 1称取浓度为85% (质量)的甲酸，先将步骤 a称取的Li2CO3加入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为1. 5mol/L加入水，搅拌均勻，得到甲酸锂溶液；d、按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为3 1、水与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为1 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液；e、将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的PH值至5，然后加热至70°C并保持4h ；再调节混合溶液的pH值为10，继续在温度为70°C条件下保持他，得到锂霞石溶胶粘结剂；二、按锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶的质量比为1 1称取锂霞石颗粒和步骤一制备的霞石溶胶并加入到研钵研磨20min，得到锂霞石浆料；三、将电极焊在氧化铝陶瓷基体上；四、将步骤二得到的锂霞石浆料涂覆在焊好电极的氧化铝陶瓷基体上，涂覆层的厚度为0. 03mm，先在室温下静置24h，然后放入温度为700°C的热处理炉中焙烧证，得到半成品元件；五、将步骤四得到的半成品元件放在湿度为98%的环境中，在老化电压 10V，老化频率1000Hz的条件下老化30天，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。本实施方式步骤二中的锂霞石颗粒的粒径为3 μ m 6 μ m。本实施方式得到的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的锂霞石层呈多孔结构，厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件在相对湿度为33%和59%条件下的响应时间分别为Is和5s。
具体实施方式
三十二 本实施方式的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法按以下步骤进行一、锂霞石溶胶的制备a、按Li2CO3与Al(NO3)3 · 9H20的摩尔比为 1 2. l、Li2C03与正硅酸乙酯的摩尔比为1 2. 1的比例称取Al (NO3)3 AH2CKLi2CO3和正硅酸乙酯；b、将步骤a称取的Al (NO3)3 · 9H20配制成浓度为1. Omol/L的水溶液，加入氨水至溶液PH值9. 2，得到氢氧化铝沉淀，，将沉淀过滤并用蒸馏水洗涤后，得到氢氧化铝；C、按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为6 1称取浓度为85% (质量)的甲酸，先将步骤 a称取的Li2CO3加入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为1. 8mol/L加入水，搅拌均勻，得到甲酸锂溶液；d、按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为3 1、水与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为1 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液；e、将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤 d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的PH值至 5，然后加热至80°C并保持证；再调节混合溶液的pH值为9，继续在温度为80°C条件下保持几，得到锂霞石溶胶粘结剂；二、按锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶的质量比为 17 1称取锂霞石颗粒和步骤一制备的霞石溶胶并加入到研钵研磨30min，得到锂霞石浆料；三、将电极焊在氧化铝陶瓷基体上；四、将步骤二得到的锂霞石浆料涂覆在焊好电极的氧化铝陶瓷基体上，涂覆层的厚度为0. 05mm，先在室温下静置Mh，然后放入温度为800°C 的热处理炉中焙烧池，得到半成品元件；五、将步骤四得到的半成品元件放在湿度为70% 的环境中，在老化电压15V，老化频率1000Hz的条件下老化30天，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。
本实施方式步骤二中的锂霞石颗粒的粒径为3 μ m 10 μ m。本实施方式得到的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的锂霞石层呈多孔结构，厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件在相对湿度为33% RH和59% RH响应时间分别为2s和k。
具体实施方式
三十三本实施方式的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法按以下步骤进行一、锂霞石溶胶的制备；a、按Li2CO3与Al (NO3)3 ·9Η20的摩尔比为1 2、 Li2CO3与正硅酸乙酯的摩尔比为1 2的比例称取Al (NO3)3 · 9H20、Li2CO3和正硅酸乙酯； b、将步骤a称取的Al (NO3)3 · 9H20配制成浓度为1. 2mol/L的水溶液，加入氨水至溶液pH 值8. 5，得到氢氧化铝沉淀，，将沉淀过滤并用蒸馏水洗涤后，得到氢氧化铝；C、按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为5 1称取浓度为85% (质量)的甲酸，先将步骤a称取的 Li2CO3加入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为1. Omol/L加入水，搅拌均勻，得到甲酸锂溶液；d、按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为3 1、水与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为1 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液；e、将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的PH值至6，然后加热至80°C并保持池；再调节混合溶液的pH值为10，继续在温度为90°C条件下保持他，得到锂霞石溶胶粘结剂；二、按锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶的质量比为5 1称取锂霞石颗粒和步骤一制备的霞石溶胶并加入到研钵研磨0.证，得到锂霞石浆料；三、将电极焊在氧化铝陶瓷基体上；四、将步骤二得到的锂霞石浆料涂覆在焊好电极的氧化铝陶瓷基体上，涂覆层的厚度为0. 005mm，先在室温下静置Mh，然后放入温度为550°C的热处理炉中焙烧4h，然后升温至650°C焙烧2小时，得到半成品元件；五、将步骤四得到的半成品元件放在湿度为100%的环境中，在老化电压15V，老化频率3000Hz的条件下老化30天，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。本实施方式步骤二中的锂霞石颗粒的粒径为10 μ m 30 μ m。本实施方式得到的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的锂霞石层呈多孔结构，厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件在相对湿度为33% RH和59% RH响应时间分别为2s和k。
具体实施方式
三十四本实施方式的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法按以下步骤进行一、锂霞石溶胶的制备；a、按Li2CO3与Al (NO3)3 ·9Η20的摩尔比为1 2、 Li2CO3与正硅酸乙酯的摩尔比为1 2的比例称取Al (NO3)3 · 9H20、Li2CO3和正硅酸乙酯； b、将步骤a称取的Al (NO3)3 · 9H20配制成浓度为1. 2mol/L的水溶液，加入氨水至溶液pH 值8. 8，得到氢氧化铝沉淀，，将沉淀过滤并用蒸馏水洗涤后，得到氢氧化铝；C、按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为5 1称取浓度为85% (质量)的甲酸，先将步骤a称取的 Li2CO3加入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为1. Omol/L加入水，搅拌均勻，得到甲酸锂溶液；d、按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为3 1、水与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为1 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液；e、将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的PH值至6，然后加热至80°C并保持池；再调节混合溶液的pH值为10，继续在温度为90°C条件下保持他，得到锂霞石溶胶粘结剂；二、按锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶的质量比为5 1称取锂霞石颗粒和步骤一制备的霞石溶胶并加入到研钵研磨0.证，得到锂霞石浆料；三、将电极焊在氧化铝陶瓷基体上；四、将步骤二得到的锂霞石浆料涂覆在焊好电极的氧化铝陶瓷基体上，涂覆层的厚度为0. 005mm，先在室温下静置Mh，然后放入温度为700°C的热处理炉中焙烧4h，然后升温至900°C焙烧3小时，得到半成品元件；五、将步骤四得到的半成品元件放在湿度为100%的环境中，在老化电压15V，老化频率2000Hz的条件下老化40天，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。本实施方式步骤二中的锂霞石颗粒的粒径为10 μ m 30 μ m。本实施方式得到的厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的锂霞石层呈多孔结构，厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件在相对湿度为33% RH和59% RH响应时间分别为2s和6s。
权利要求
1.一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件，其特征在于厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件由氧化铝陶瓷基体、涂覆在氧化铝陶瓷基体上的锂霞石涂层和焊接在氧化铝陶瓷基体上的电极组成，其中锂霞石涂层的厚度为0. OOlmm 0. 1mm。
2.根据权利要求1所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件，其特征在于锂霞石涂层的厚度为0. 003mm 0. 08mm。
3.如权利要求1所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法，其特征在于厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法按以下步骤进行一、制备锂霞石溶胶粘结剂；二、按锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂的质量比为1 20 1称取锂霞石颗粒和步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂并加入到研钵研磨5min 60min，得到锂霞石浆料；三、将电极焊在氧化铝陶瓷基体上；四、将步骤二得到的锂霞石浆料涂覆在焊好电极的氧化铝陶瓷基体上，涂覆层的厚度为0. OOlmm 0. 1mm，先在室温下静置IOh 30h，然后放入温度为550°C 1200°C的热处理炉中焙烧0. 5h 乩，得到半成品元件；五、将步骤四得到的半成品元件放在湿度为10% 100%的环境中，在老化电压3V 20V，老化频率IOHz 3000Hz的条件下老化5 100天，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。
4.根据权利要求3所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法，其特征在于步骤一中的锂霞石溶胶粘结剂的制备方法按以下步骤进行a、按1^20)3与々1 (NO3)3 ·9Η20 的摩尔比为1 1.8 2. 2、Li2CO3与正硅酸乙酯的摩尔比为1 1.8 2. 2的比例称取 Al(NO3)3 · 9H20、Li2CO3和正硅酸乙酯；b、将步骤a称取的Al (NO3)3 · 9H20配制成浓度为 0. 5mol/L 2mol/L的水溶液，加入氨水至溶液pH值为8 9. 5，得到氢氧化铝沉淀，将沉淀过滤并用蒸馏水洗涤后，得到氢氧化铝；c、按甲酸与步骤a称取的Li2CO3的摩尔比为5 10 1称取浓度为85% (质量)的甲酸，先将步骤a称取的Li2CO3W入到甲酸中，溶解后按Li2CO3的浓度为0. 5mol/L 2mol/L加入水，搅拌均勻，得到甲酸锂溶液；d、按乙醇与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为3 5 1、水与步骤a称取的正硅酸乙酯的体积比为 1 1.5 1量取乙醇和水，先将正硅酸乙酯加入到乙醇中，搅拌均勻后再加入水，得到正硅酸乙酯溶液；e、将步骤b得到的氢氧化铝、步骤c得到甲酸锂溶液和步骤d得到正硅酸乙酯溶液加入到有回流装置的反应器中，混合均勻并调节混合溶液的PH值至3 6，然后加热至40°C 80°C并保持Ih 6h ；再调节混合溶液的pH值为8 12，继续在温度为40°C 90°C条件下保持池 10h，得到锂霞石溶胶粘结剂。
5.根据权利要求3或4所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法，其特征在于步骤二中锂霞石颗粒的粒径为0. 5 μ m 50 μ m。
6.根据权利要求3或4所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法，其特征在于是步骤二中锂霞石颗粒与步骤一制备的锂霞石溶胶粘结剂的质量比为2 18 1。
7.根据权利要求3或4所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法，其特征在于步骤二中研磨时间为IOmin 50min。
8.根据权利要求3或4所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法，其特征在于步骤四中锂霞石浆料涂覆层的厚度平均为0. 002mm 0. 08mm。
9.根据权利要求3或4所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法，其特征在于步骤四中先将涂覆锂霞石浆料的氧化铝陶瓷基体在室温下静置1 ^h，然后放入温度为600°C 1100°C的热处理炉中焙烧Ih 5h，得到半成品元件。
10.根据权利要求3或4所述的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件的制备方法，其特征在于步骤五中环境相对湿度为20 % 80 %，老化电压为5V 18V，老化频率为50Hz 2500Hz的条件下老化10 90天。
全文摘要
一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件及其制备方法，它涉及湿度敏感传感器元件及其制备方法。本发明是要解决现有的锂霞石湿度传感器响应慢、制备工艺难度大的技术问题。本发明的一种厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件由氧化铝陶瓷基体、涂覆在氧化铝陶瓷基体上的锂霞石涂层和焊接在氧化铝陶瓷基体上的电极组成，其中锂霞石涂层的厚度为0.001mm～0.1mm；制备方法将锂霞石颗粒和锂霞石溶胶粘结剂研磨后得到的浆料涂覆在氧化铝陶瓷基体上，烧结后再经老化，得到厚膜锂霞石湿度敏感传感器元件。该元件化学性质稳定，响应时间短，制备工艺简单，可应用于高温恶劣坏境中的湿度检测。
文档编号G01N27/02GK102169100SQ20111000564
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者崔烨, 才春利, 李劲松, 王黎东 申请人:哈尔滨海格通江敏感技术有限责任公司