本发明涉及一种锂掺杂湿敏材料的制备方法。
背景技术
空气湿度是指空气中的水汽含量和湿润程度。在一定的温度下，当一定体积内的空气中的水汽含量越少，则表示空气越干燥；当一定体积空气中的水汽含量越多，则表示空气越湿润。科学研究表明，在任何温度条件下，湿度太高或太低，对人们的生命及生活都是不利的。除此之外，食物的存储，文物的保存，集成电路的安装等，都离不开湿度。在农产品存储中，湿度过高，储存的农作物会发霉，湿度过低，则不利于其中水分的保存；在精密电路制作时，湿度直接影响其操作过程；在生物工程中，细菌的繁殖和细胞的培养均与湿度密相关。因此，湿敏传感器作为检测湿度的元器件，已经得到了越来越广泛的重视。而作为湿敏传感器的关键——湿敏材料，也在不断的进步和突破。
技术实现要素：
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种锂掺杂湿敏材料的制备方法，所制备的湿敏材料具有很好的湿敏效果，同时具有长期稳定性。
技术方案：一种锂掺杂湿敏材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）取新鲜的鸡蛋外壳剥离出鸡蛋内膜，用去离子水清洗干净，放置使其自然风干；
（2）将2-5份五水硝酸铋，0.5-1份硝酸锂、1-2份醋酸钠、1-2份醋酸钾和15-20份醋酸溶液混合，加热搅拌溶解；
（3）冷却，加入15-20份乙二醇甲醚和2-5份钛酸四丁脂，并滴入40-50滴乙酰丙酮搅拌2-3h；
（4）将风干后的鸡蛋内膜浸泡其中3-4h，减压过滤去除多余的溶胶；
（5）放入烘箱中，在110-120℃下干燥1-2h；
（6）放入马弗炉中，升温至700℃，保温2-3h得纳米锂掺杂钛酸铋，升温速率为8℃/min；
（7）取50-60份蒸馏水，用盐酸调节其h+的浓度为1mol/l，加入0.5-1份苯胺，超声分散20-30min；
（8）加入纳米锂掺杂钛酸铋，搅拌30-40min后超声30-40min，其中，苯胺和纳米锂掺杂钛酸铋的质量比为1:5-20；
（9）转入反应釜中，加入0.5-1份过硫酸铵，放入烘箱中，在温度140-145℃下水热反应4-5h；
（10）取出反应釜，冷却至室温，过滤取沉淀，分别用去离子水、乙醇、丙酮洗涤，放入烘箱中，在60℃下烘干即得锂掺杂湿敏材料。
用乙醇作为粘合剂，将本发明锂掺杂湿敏材料均匀地涂覆在带有银－钯电极的陶瓷基片表面，在95%的湿度下老化3-5h，置于烘箱中，在60℃下烘干5h，然后将两根导线焊接在陶瓷基片的电极上构成湿敏元件，最后将制好的湿敏元件插入专用测试插口内，置于智能湿敏测试仪上进行湿敏性能测试。由拉乌尔定律可知，在一定温度下不同种类的饱和盐溶液能制造出特定的湿度环境。本实验使用以下饱和盐溶液来提供不同的湿度环境，它们分别是氯化锂（11%）、氯化镁（33%）、硝酸镁（54%）、氯化钠（75%）和硫酸钾（95%）饱和溶液。测试过程中，保持环境温度20±4℃和相对湿度20±5%。
有益效果：
1.锂元素的掺杂能有效优化钛酸铋的结构性能和电子性能，从而提高气敏材料的气敏性。
2.鸡蛋内膜内含丰富的蛋白质，其中蛋白质中的肽链存在着大量的位点可以与金属离子结合，以鸡蛋内膜作为天然模板，既具有很好的效果，价格也便宜。
3.本发明湿敏材料阻抗在11%-95%湿度范围内阻抗从109下降到104，阻抗变化了5个数量级，湿度灵敏度很大，具有很好的湿敏效果，同时，30天内实施例3的阻抗随着时间的变化，发现阻抗随时间波动值很小，说明本发明湿敏材料具有良好的长期稳定性。
具体实施方式
实施例1
一种锂掺杂湿敏材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）取新鲜的鸡蛋外壳剥离出鸡蛋内膜，用去离子水清洗干净，放置使其自然风干；
（2）将2份五水硝酸铋，0.5份硝酸锂、1份醋酸钠、1份醋酸钾和15份醋酸溶液混合，加热搅拌溶解；
（3）冷却，加入15份乙二醇甲醚和2份钛酸四丁脂，并滴入40滴乙酰丙酮搅拌2h；
（4）将风干后的鸡蛋内膜浸泡其中3h，减压过滤去除多余的溶胶；
（5）放入烘箱中，在110℃下干燥1h；
（6）放入马弗炉中，升温至700℃，保温2h得纳米锂掺杂钛酸铋，升温速率为8℃/min；
（7）取50份蒸馏水，用盐酸调节其h+的浓度为1mol/l，加入0.5份苯胺，超声分散20min；
（8）加入纳米锂掺杂钛酸铋，搅拌30min后超声30min，其中，苯胺和纳米锂掺杂钛酸铋的质量比为1:5；
（9）转入反应釜中，加入0.5份过硫酸铵，放入烘箱中，在温度140℃下水热反应4h；
（10）取出反应釜，冷却至室温，过滤取沉淀，分别用去离子水、乙醇、丙酮洗涤，放入烘箱中，在60℃下烘干即得锂掺杂湿敏材料。
实施例2
一种锂掺杂湿敏材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）取新鲜的鸡蛋外壳剥离出鸡蛋内膜，用去离子水清洗干净，放置使其自然风干；
（2）将4份五水硝酸铋，0.8份硝酸锂、1.5份醋酸钠、1.5份醋酸钾和18份醋酸溶液混合，加热搅拌溶解；
（3）冷却，加入18份乙二醇甲醚和4份钛酸四丁脂，并滴入45滴乙酰丙酮搅拌2.5h；
（4）将风干后的鸡蛋内膜浸泡其中3.5h，减压过滤去除多余的溶胶；
（5）放入烘箱中，在115℃下干燥1.5h；
（6）放入马弗炉中，升温至700℃，保温2.5h得纳米锂掺杂钛酸铋，升温速率为8℃/min；
（7）取55份蒸馏水，用盐酸调节其h+的浓度为1mol/l，加入0.8份苯胺，超声分散25min；
（8）加入纳米锂掺杂钛酸铋，搅拌35min后超声35min，其中，苯胺和纳米锂掺杂钛酸铋的质量比为1:10；
（9）转入反应釜中，加入0.8份过硫酸铵，放入烘箱中，在温度140℃下水热反应4.5h；
（10）取出反应釜，冷却至室温，过滤取沉淀，分别用去离子水、乙醇、丙酮洗涤，放入烘箱中，在60℃下烘干即得锂掺杂湿敏材料。
实施例3
一种锂掺杂湿敏材料的制备方法，成分按重量份计，包括以下步骤：
（1）取新鲜的鸡蛋外壳剥离出鸡蛋内膜，用去离子水清洗干净，放置使其自然风干；
（2）将5份五水硝酸铋，1份硝酸锂、2份醋酸钠、2份醋酸钾和20份醋酸溶液混合，加热搅拌溶解；
（3）冷却，加入20份乙二醇甲醚和5份钛酸四丁脂，并滴入50滴乙酰丙酮搅拌3h；
（4）将风干后的鸡蛋内膜浸泡其中4h，减压过滤去除多余的溶胶；
（5）放入烘箱中，在120℃下干燥2h；
（6）放入马弗炉中，升温至700℃，保温3h得纳米锂掺杂钛酸铋，升温速率为8℃/min；
（7）取60份蒸馏水，用盐酸调节其h+的浓度为1mol/l，加入1份苯胺，超声分散30min；
（8）加入纳米锂掺杂钛酸铋，搅拌40min后超声40min，其中，苯胺和纳米锂掺杂钛酸铋的质量比为1:20；
（9）转入反应釜中，加入1份过硫酸铵，放入烘箱中，在温度145℃下水热反应5h；
（10）取出反应釜，冷却至室温，过滤取沉淀，分别用去离子水、乙醇、丙酮洗涤，放入烘箱中，在60℃下烘干即得锂掺杂湿敏材料。
表1锂掺杂湿敏材料的湿敏性能指标
表2实施例3在0-30内不同湿度下阻抗变化
从表1我们可以看到，本发明湿敏材料阻抗在11%-95%湿度范围内阻抗从109下降到104，阻抗变化了5个数量级，湿度灵敏度很大，具有很好的湿敏效果，同时，从表2可知，30天内实施例3的阻抗随着时间的变化，发现阻抗随时间波动值很小，说明本发明湿敏材料具有良好的长期稳定性。