一种高分子基电阻型湿敏元件及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于湿敏元件及其制备技术领域，具体涉及一种高分子基电阻型湿敏元件 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在地球大气层中，气态水分子是非常重要的组成部分，对于湿度的精确测量和控 制在航天、仓贮、环境监测、医疗卫生、结构健康监控、工农业生产和精密仪器保护等诸多领 域显得至关重要。
[0003] 湿度传感器可以将环境湿度转化为相应可测量的电信号，包括电阻、电容和复阻 抗等。在种类繁多的湿度传感器中，电阻型湿度传感器由于结构简单、信号处理方便而得 到广泛应用，其中感湿材料以有机高分子和氧化物陶瓷两大类材料为主。氧化物陶瓷湿敏 材料具有好的热稳定性，但由于脱附困难（一般需要加热辅助脱附），且响应和恢复时间较 长；而有机高分子湿敏材料易于制备、加工，通过分子结构的设计可以方便的调控化合物的 物理化学性质，更具实用价值。
[0004] 电阻型元件的敏感材料一般为聚合物电解质，通常由疏水性主链和带有极性基团 (如季铵盐、季磷盐、羧酸盐、磺酸盐等）的亲水性侧链构成，通过对不同湿度条件下聚合物 与水分子之间的相互作用引起的阻抗变化进行测量实现对湿度的监测。电阻型聚合物湿度 传感器的主要问题是元件在高湿条件下的耐水性能不够理想，长期工作时易发生敏感物质 的流失。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一类基于原位制备的感湿高分子交联膜的高分子基电阻 型湿敏元件。提出通过点击化学反应在衬底上进行原位聚合，提高高分子膜与衬底之间的 粘附力，同时多反应位点形成的交联聚合物具有很好的稳定性，有利于获得高性能的高分 子基湿敏元件。制备所述的高分子基电阻型湿敏元件的方法，利用点击化学反应，在印有 叉指电极的陶瓷衬底表面构筑聚合物湿敏膜，通过检测元件阻抗的变化实现相对湿度的检 测 。
[0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种高分子基电阻型湿敏元件， 由衬底、在衬底上印有的叉指状电极（2~20对）、在衬底和叉指状电极上制备的交联湿敏 膜组成。
[0007] 本发明所述的一种高分子基电阻型湿敏元件的制备方法，其步骤如下：
[0008] (1)清洗印有叉指状电极的衬底；
[0009] (2)将摩尔比为1 :0· 5~4 :0· 5~4 :0· 01~(λ 2的多巯基化合物、多烯基化合 物、含有极性基团的烯基化合物和光催化剂加入到有机溶剂（如四氢呋喃）中，多巯基化合 物的浓度为0. 01~lmol/L，反应物混合均匀后，滴涂或浸涂在印有叉指电极的衬底上，紫 外光辐照10~30分钟进行聚合，得到的交联湿敏膜的厚度为10~200 μ m，从而制备得到 高分子基电阻型湿敏元件。
[0010] 其中，衬底是陶瓷衬底或聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺等柔性衬底。
[0011] 进一步地，多巯基化合物可以是八丙巯基八硅倍半氧烷、四（3-巯基丙酸）季戊四 醇酯、四（2-巯基乙基）原硅酸等，多烯基化合物是二乙烯苯、八乙烯基八硅倍半氧烷、四 甲基四乙烯基环四硅氧烷等，含有极性基团的烯基化合物是甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化 铵、二甲基二稀丙基氯化铵、对苯乙稀磺酸钠、乙烯基吡啶盐等，光催化剂是安息香二甲醚、 二苯甲酮等。
[0012] 典型的反应方程式如下所示：
[0013]
[0014] 所述叉指电极为碳、金、银钯或铟锡氧化物，电极宽度50~500 μ m，指间间距50~ 500 μ m〇
[0015] 所述湿敏元件与测试仪相连，可实现数据采集与显示等功能。
[0016] 本发明的高分子基电阻型湿敏元件的检测方法，主要通过交流电桥进行供电，在 交流电路下进行不同相对湿度环境中元件的阻抗测量。
[0017] 本发明提供的采用光催化的烯巯"点击化学"反应在印有叉指电极的衬底表面原 位构筑交联聚合物的方法，柔性的聚合物与衬底界面粘附稳定，不宜脱落；与普通有机反应 不同，点击化学具有条件温和、反应产率高、选择性好、不需要复杂的分离提纯等诸多优点， 制备了一种高分子基湿敏元件，具有工艺简单、灵敏度高、稳定性好等特点。
【附图说明】
[0018] 图1 :聚合物PI、P2、P3元件的复阻抗-相对湿度曲线；
[0019] 图2 :聚合物Pl元件的湿滞曲线；
[0020] 图3 :聚合物Pl元件的响应时间曲线；
[0021 ] 图4:聚合物P4元件的复阻抗-相对湿度曲线。
[0022] 具体实施方法
[0023] 以下实施例将结合附图对本发明进行进一步说明，本实施方案所用原料为已知化 合物，可在药品市场购得，或可用本领域已知的方法合成。
[0024] 实施例1 :
[0025] Pl聚合物元件的制备
[0026] 将八丙巯基八硅倍半氧烷（300.0 mg，294. 7 μ mol)、二乙烯苯（115. lmg， 884 2 μ mol)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（80wt %水溶液，153. Omg，589. 4 μ mol)、安 息香二甲醚（6. 0mg，23. 6μπιο1)加入到反应瓶中，再加入四氢呋喃（ImL)溶解反应物。反 应物混合均勾后，将碳叉指电极（衬底面积5_X 8mm，四对电极，电极宽度300 μ m，指间间 距350 μπι)浸在溶液中约10秒后取出，在空气中晾干两分钟后用紫外光（120mJ/cm2)辐照 30分钟进行聚合，得到的交联湿敏膜的厚度为28 μ m，从而制备得到高分子基电阻型湿敏 元件。
[0027] 实施例2 :
[0028] P2聚合物元件的制备
[0029] 将八丙疏基八娃倍半氧烧（300.0 mg，294. 7 μ mol)、二乙稀苯（105. 5mg， 810. 5 μ mol)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（80wt %水溶液，191. 3mg，736. 8 μ mol)、安 息香二甲醚（6. 0mg，23. 6μπιο1)加入到反应瓶中，再加入四氢呋喃（ImL)溶解反应物。反 应物混合均勾后，将碳叉指电极（衬底面积5_X 8mm，四对电极，电极