聚合物基电容式柔性湿度传感器的研究
发布时间：2021-10-17 01:11
湿度与我们的生活息息相关,是指水蒸气在空气中的含量。湿度已被广泛地应用在农业、气候监测、精密仪器的使用和保护、生物医疗、工业生产和日常生活中皮肤湿度监测等领域中。传统的刚性湿度传感器的发展已经达到较为成熟的阶段,但随着柔性电子和可穿戴技术的发展,传统的刚性湿度传感器逐步显露出应用的局限性。柔性湿度传感器具备柔性可拉伸、制造成本低、能耗低、制造工艺简单和易于集成等优势,因此,柔性湿度传感器具有更为广泛地应用范畴。在柔性湿度传感器中,以高分子聚合物材料为湿敏材料的柔性湿度传感器最为常见。而高分子聚合物柔性湿度传感器主要分为电容式和电阻式两大类。本文选择研究高分子电容式的柔性湿度传感器。高分子电容式湿度传感器具有线性度好、灵敏度高、湿滞小、测试范围宽、稳定性好、功耗低等特性,在湿度传感器领域具有广阔的前景。而电容式湿度传感器又分为叉指结构和三明治结构两大类。叉指结构和三明治结构的湿度传感器各有其优缺点。本文基于对湿度传感器湿敏材料感湿机理的研究分析,首先制备了柔性PVDF/PVA/LiCl湿敏薄膜,然后基于此湿敏薄膜制备了叉指结构和三明治结构两种电极结构的柔性电容式湿度传感器。本论文的主要工...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
湿度传感器的相关应用
电子科技大学硕士学位论文4湿度传感器的核心是湿敏材料，电容式湿度传感器以电介质作为湿敏材料，电介质能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附或释放水分子。由于作为湿敏材料的电介质大多数具有较小介电常数（为2~7），而水分子偶极矩的存在大大提高了湿敏材料的介电常数（水的介电常数约为83），因此将具有此种特性的湿敏材料应用于电容式湿度传感器中，通过测试电容值的变化即可得到环境的相对湿度。根据电极结构的不同，电容式湿度传感器主要又分为三明治型和叉指型两种。1）三明治型图1-2所示为典型的三明治型电容式湿度传感器的结构图。其基本结构和平板式电容器的结构类似。由下至上分别是基底、下电极、湿敏材料和上电极，上电极和下电极组成电容极板，湿敏材料作为电介质。此种结构的电容式湿度传感器的优点是电容量大，灵敏度高。但由于有上下两层电极，所以它同时也存在制作工艺复杂的缺点。图1-2三明治型电容式湿度传感器的结构图2）叉指型图1-3所示为叉指型电容式湿度传感器的结构图。在绝缘的基底上制备叉指状的电极，然后在叉指电极上涂覆一层湿敏材料作为电介质，电介质吸附与脱附水分子使相对介电常数发生变化，从而引起叉指间的电容发生变化。此种结构的优点是较三明治结构而言工艺相对简单，但其不足之处在于电容量小，灵敏度低。图1-3叉指型电容式湿度传感器结构图（2）电阻式湿度传感器图1-4所示为典型的电阻式湿度传感器的结构图。其基本结构和叉指型电容式湿度传感器类似，不同之处在于电容式湿度传感器的湿敏材料为电介质，而此处的湿敏材料为导电材料。当水分子吸附到湿敏材料上时，传感器的电阻率和电阻值会随之发生相应变化，利用此种特性可以测得湿度变化。
电子科技大学硕士学位论文4湿度传感器的核心是湿敏材料，电容式湿度传感器以电介质作为湿敏材料，电介质能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附或释放水分子。由于作为湿敏材料的电介质大多数具有较小介电常数（为2~7），而水分子偶极矩的存在大大提高了湿敏材料的介电常数（水的介电常数约为83），因此将具有此种特性的湿敏材料应用于电容式湿度传感器中，通过测试电容值的变化即可得到环境的相对湿度。根据电极结构的不同，电容式湿度传感器主要又分为三明治型和叉指型两种。1）三明治型图1-2所示为典型的三明治型电容式湿度传感器的结构图。其基本结构和平板式电容器的结构类似。由下至上分别是基底、下电极、湿敏材料和上电极，上电极和下电极组成电容极板，湿敏材料作为电介质。此种结构的电容式湿度传感器的优点是电容量大，灵敏度高。但由于有上下两层电极，所以它同时也存在制作工艺复杂的缺点。图1-2三明治型电容式湿度传感器的结构图2）叉指型图1-3所示为叉指型电容式湿度传感器的结构图。在绝缘的基底上制备叉指状的电极，然后在叉指电极上涂覆一层湿敏材料作为电介质，电介质吸附与脱附水分子使相对介电常数发生变化，从而引起叉指间的电容发生变化。此种结构的优点是较三明治结构而言工艺相对简单，但其不足之处在于电容量小，灵敏度低。图1-3叉指型电容式湿度传感器结构图（2）电阻式湿度传感器图1-4所示为典型的电阻式湿度传感器的结构图。其基本结构和叉指型电容式湿度传感器类似，不同之处在于电容式湿度传感器的湿敏材料为电介质，而此处的湿敏材料为导电材料。当水分子吸附到湿敏材料上时，传感器的电阻率和电阻值会随之发生相应变化，利用此种特性可以测得湿度变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]声表面波传感器的原理及应用综述[J]. 潘小山,刘芮彤,王琴,李功燕. 传感器与微系统. 2018(04)
[2]基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究（英文）[J]. 章丹,黄见秋,王立峰. 传感技术学报. 2017(10)
[3]光学湿度传感器技术及相关专利分析[J]. 李玉林. 工业技术创新. 2017(01)
[4]高分子聚合物薄膜的制备方法综述[J]. 韩宇. 黑龙江科技信息. 2016(19)
[5]静电纺丝技术在新能源电池中应用的研究进展[J]. 桂雪峰,许凯,彭军,梁晟源,邢玉秀,高树曦,任圆圆. 广州化学. 2016(01)
[6]高分子湿度传感器研究进展[J]. 杨子江,黄建国. 中国新技术新产品. 2010(24)
[7]聚酰亚胺电容式湿度传感器的制备工艺研究[J]. 杨子健,韦波,王敬松,崔千红,杨建红. 传感器与微系统. 2009(04)
[8]湿度传感器的选用及发展趋势[J]. 喻晓莉,杨健,倪彦. 自动化技术与应用. 2009(02)
[9]光纤技术在湿度传感器中的应用[J]. 韩悦文,陈海燕,黄春雄. 光纤与电缆及其应用技术. 2008(06)
[10]蒙皂石/PVDF与LiCl/PVDF微孔膜性能的异同[J]. 周菊,李玲,郭海婧,苏鑫. 水处理技术. 2008(05)
博士论文
[1]基于有机多孔聚合物的湿度传感器的研究[D]. 江凯.吉林大学 2016
[2]高性能银纳米线透明电极的制备及应用[D]. 朱思伟.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]银纳米线柔性压力传感器的制备及响应特性优化研究[D]. 全勇.电子科技大学 2017
本文编号：3440834
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
湿度传感器的相关应用
电子科技大学硕士学位论文4湿度传感器的核心是湿敏材料，电容式湿度传感器以电介质作为湿敏材料，电介质能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附或释放水分子。由于作为湿敏材料的电介质大多数具有较小介电常数（为2~7），而水分子偶极矩的存在大大提高了湿敏材料的介电常数（水的介电常数约为83），因此将具有此种特性的湿敏材料应用于电容式湿度传感器中，通过测试电容值的变化即可得到环境的相对湿度。根据电极结构的不同，电容式湿度传感器主要又分为三明治型和叉指型两种。1）三明治型图1-2所示为典型的三明治型电容式湿度传感器的结构图。其基本结构和平板式电容器的结构类似。由下至上分别是基底、下电极、湿敏材料和上电极，上电极和下电极组成电容极板，湿敏材料作为电介质。此种结构的电容式湿度传感器的优点是电容量大，灵敏度高。但由于有上下两层电极，所以它同时也存在制作工艺复杂的缺点。图1-2三明治型电容式湿度传感器的结构图2）叉指型图1-3所示为叉指型电容式湿度传感器的结构图。在绝缘的基底上制备叉指状的电极，然后在叉指电极上涂覆一层湿敏材料作为电介质，电介质吸附与脱附水分子使相对介电常数发生变化，从而引起叉指间的电容发生变化。此种结构的优点是较三明治结构而言工艺相对简单，但其不足之处在于电容量小，灵敏度低。图1-3叉指型电容式湿度传感器结构图（2）电阻式湿度传感器图1-4所示为典型的电阻式湿度传感器的结构图。其基本结构和叉指型电容式湿度传感器类似，不同之处在于电容式湿度传感器的湿敏材料为电介质，而此处的湿敏材料为导电材料。当水分子吸附到湿敏材料上时，传感器的电阻率和电阻值会随之发生相应变化，利用此种特性可以测得湿度变化。
电子科技大学硕士学位论文4湿度传感器的核心是湿敏材料，电容式湿度传感器以电介质作为湿敏材料，电介质能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附或释放水分子。由于作为湿敏材料的电介质大多数具有较小介电常数（为2~7），而水分子偶极矩的存在大大提高了湿敏材料的介电常数（水的介电常数约为83），因此将具有此种特性的湿敏材料应用于电容式湿度传感器中，通过测试电容值的变化即可得到环境的相对湿度。根据电极结构的不同，电容式湿度传感器主要又分为三明治型和叉指型两种。1）三明治型图1-2所示为典型的三明治型电容式湿度传感器的结构图。其基本结构和平板式电容器的结构类似。由下至上分别是基底、下电极、湿敏材料和上电极，上电极和下电极组成电容极板，湿敏材料作为电介质。此种结构的电容式湿度传感器的优点是电容量大，灵敏度高。但由于有上下两层电极，所以它同时也存在制作工艺复杂的缺点。图1-2三明治型电容式湿度传感器的结构图2）叉指型图1-3所示为叉指型电容式湿度传感器的结构图。在绝缘的基底上制备叉指状的电极，然后在叉指电极上涂覆一层湿敏材料作为电介质，电介质吸附与脱附水分子使相对介电常数发生变化，从而引起叉指间的电容发生变化。此种结构的优点是较三明治结构而言工艺相对简单，但其不足之处在于电容量小，灵敏度低。图1-3叉指型电容式湿度传感器结构图（2）电阻式湿度传感器图1-4所示为典型的电阻式湿度传感器的结构图。其基本结构和叉指型电容式湿度传感器类似，不同之处在于电容式湿度传感器的湿敏材料为电介质，而此处的湿敏材料为导电材料。当水分子吸附到湿敏材料上时，传感器的电阻率和电阻值会随之发生相应变化，利用此种特性可以测得湿度变化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]声表面波传感器的原理及应用综述[J]. 潘小山,刘芮彤,王琴,李功燕. 传感器与微系统. 2018(04)
[2]基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究（英文）[J]. 章丹,黄见秋,王立峰. 传感技术学报. 2017(10)
[3]光学湿度传感器技术及相关专利分析[J]. 李玉林. 工业技术创新. 2017(01)
[4]高分子聚合物薄膜的制备方法综述[J]. 韩宇. 黑龙江科技信息. 2016(19)
[5]静电纺丝技术在新能源电池中应用的研究进展[J]. 桂雪峰,许凯,彭军,梁晟源,邢玉秀,高树曦,任圆圆. 广州化学. 2016(01)
[6]高分子湿度传感器研究进展[J]. 杨子江,黄建国. 中国新技术新产品. 2010(24)
[7]聚酰亚胺电容式湿度传感器的制备工艺研究[J]. 杨子健,韦波,王敬松,崔千红,杨建红. 传感器与微系统. 2009(04)
[8]湿度传感器的选用及发展趋势[J]. 喻晓莉,杨健,倪彦. 自动化技术与应用. 2009(02)
[9]光纤技术在湿度传感器中的应用[J]. 韩悦文,陈海燕,黄春雄. 光纤与电缆及其应用技术. 2008(06)
[10]蒙皂石/PVDF与LiCl/PVDF微孔膜性能的异同[J]. 周菊,李玲,郭海婧,苏鑫. 水处理技术. 2008(05)
博士论文
[1]基于有机多孔聚合物的湿度传感器的研究[D]. 江凯.吉林大学 2016
[2]高性能银纳米线透明电极的制备及应用[D]. 朱思伟.华中科技大学 2014
硕士论文
[1]银纳米线柔性压力传感器的制备及响应特性优化研究[D]. 全勇.电子科技大学 2017
本文编号：3440834
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