一种具有快响应特性的柔性湿度传感器的制作方法

本发明涉及柔性湿度传感器制备工艺，具体涉及一种制备具有快响应特点的柔性湿度传感器的方法。

背景技术：

人类的生存和社会活动与湿度密切相关，随着工业技术的迅猛发展，人类对湿度测定的要求日益提高，具有快速响应特点的人造柔性的湿度传感器在各种工业生产与日常生活中需求逐步提高。目前，制造湿度传感器的主流方式是利用湿敏电阻与湿敏电容。湿敏电阻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感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。其中湿敏电阻的测量精度较高，但响应时间较慢，目前市面上的响应时间一般在4s左右；且恢复时间较慢，当湿度变化较快时，不能准确测定。这两个因素限制了其发展与应用。因此，迫切需要一种具有快反应特点的湿度传感器。

技术实现要素：

本发明目的在于：提供一种制备过程简单，显著提升基于离子液体的的湿度传感器响应时间的新方法。通过在柔性基底引入一层纳米线结构，在纳米线结构中限制一些离子液体，极大地提升了传感器的响应速度。

本发明的具体技术方案如下：

本发明的制备同时具有快相应特点的湿度传感器的方法，包括以下步骤：

1)配制混合预聚物：将有机硅低聚物、偶联剂混合；

2)制备具有纳米线的结构的硅聚合物基底：将步骤1)所得液态预聚物滴加至阳极氧化铝(aao)模板上，加热进行聚合固化反应，然后将其浸泡在腐蚀液中3小时除去模板；

3)制备离子液体层：在基底上滴加离子液体的酒精溶液，蒸发溶剂。

根据本发明所述的方法，其中，所述有机硅低聚物为聚合度为60左右的端乙烯基的聚二甲基硅氧烷；所述交联剂为端甲基的聚二甲基硅氧烷；

根据本发明所述的方法，其中，所述有机硅低聚物、交联剂和改性剂的比例为(10-20g):(1-2g)。

根据本发明所述的方法，其中，步骤3)离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑氯化鎓。

根据本发明所述的方法，其中，步骤3)所述的离子液体的酒精溶液为5-10g/ml。

根据本发明所述的方法，其中，步骤3)所滴加的离子液体的酒精溶液量为1-2ml/cm2。

附图说明

图1为本发明的柔性湿度传感器的表面结构微观图像。

图2为本发明的柔性湿度传感器的表面结构的高倍数微观图像。

图3为本发明所使用的离子液体的结构式。

图4为本发明的柔性湿度传感器的阻抗随湿度变化图。

图5为发明的柔性传感器对湿度的阻抗响应速度，湿度恢复后的阻抗恢复速度图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案予以进一步的说明。

实施例1

本发明通过使用阳极氧化铝模板在硅聚合物基底上引入团簇的纳米线结构(如图1图2)，在其上面滴加离子液体的乙醇溶液，从而达到快速反应的目的。具体步骤如下：

(1)取有机硅低聚物15g、交联剂1.5g，搅拌混合均匀；

(2)取少量所得混合物滴加到1cm²的单通极氧化铝模板上(模板孔径为200nm，长度为4μm)，静置二十分钟，在90℃温度下进行聚合固化反应3小时，然后将其浸泡在腐蚀液中3小时以去除模板，得到表面具有团簇纳米线结构的硅聚合物基底；

(3)滴加1ml，5g/ml的1-丁基-3-甲基咪唑氯化鎓(如图3)酒精溶液，在空气中蒸发30分钟。

实施例2

本发明通过使用阳极氧化铝模板在硅聚合物基底上引入团簇的纳米线结构(如图1图2)，在其上面滴加离子液体的酒精溶液，从而达到快速反应的目的。具体步骤如下：

(1)取有机硅低聚物20g、交联剂2g，搅拌混合均匀；

(2)取少量所得混合物滴加到2cm²单通阳极氧化铝模板上(模板孔径为200nm，长度为4μm)，静置二十分钟，在90℃温度下进行聚合固化反应3小时，然后将其浸泡在腐蚀液中3小时以去除模板，得到表面具有团簇纳米线结构的硅聚合物基底；

(3)滴加2ml，7.5g/ml的1-丁基-3-甲基咪唑氯化鎓(如图3)酒精溶液，在空气中蒸发40分钟。

实施例3

本发明通过使用阳极氧化铝模板在硅聚合物基底上引入团簇的纳米线结构(如图1图2)，在其上面滴加离子液体的酒精溶液，从而达到快速反应的目的。具体步骤如下：

(1)取有机硅低聚物20g、交联剂2g，搅拌混合均匀；

(2)取少量所得混合物滴加到2cm²单通阳极氧化铝模板上(模板孔径为200nm，长度为4μm)，静置二十分钟，在90℃温度下进行聚合固化反应3小时，然后将其浸泡在腐蚀液中3小时以去除模板，得到表面具有团簇纳米线结构的硅聚合物基底；

(3)滴加2ml，10g/ml的1-丁基-3-甲基咪唑氯化鎓(如图3)酒精溶液，在空气中蒸发40分钟。

上述产品均具有高灵敏度(图4)与快反应时间(图5)。

当然，本发明还可以有多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明的公开做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明涉及基于离子液体的柔性湿度传感器的制备工艺，具体涉及一种制备低快响应特点的湿度传感器的方法。本发明通过使用阳极氧化铝模板在硅聚合物基底上引入一定长度的纳米线结构，通过与酒精混溶、蒸发，将离子液体固定于纳米线中，空气具有一定湿度时该传感器会产生阻抗的变化。相对于传统湿度传感器极大的提高了湿度变化时的响应速度，同时此湿度传感器具有高灵敏度。本发明的传感器利用离子液体薄层快速吸、失水引起的阻抗变化，进而检测出大气含水量。本发明的柔性湿度传感器具有以下优点：具有较高的检测精度，可以精确至三位有效数字；极高的灵敏度，响应时间仅2.33秒；制备流程简单，成本低。

技术研发人员：唐家悦;苗伟宁;刘赫;郑爽
受保护的技术使用者：苗伟宁;郑爽
技术研发日：2019.03.27
技术公布日：2019.06.14