一種柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種濕度傳感器及其制備方法，特別涉及到一種柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境中的水蒸氣吸附于感濕材料后，感濕材料電阻會(huì)有很大的變化，從而將濕度變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，依據(jù)此原理制成濕度傳感器。通過(guò)濕度傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行濕度測(cè)量，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣象、國(guó)防工業(yè)、科研等部門?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的濕度傳感器類型為電阻式濕度傳感器和電容式濕度傳感器兩種類型，主要產(chǎn)品有氯化鋰電阻式濕度傳感器、氧化鋁濕度傳感器、陶瓷濕度傳感器等，但是其存在功耗大、靈敏度低、測(cè)量精度低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，并且常規(guī)的濕度傳感器通常是剛性的，不適于在人體等場(chǎng)合使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的提供一種石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器及其制備方法，克服現(xiàn)有濕度傳感器普遍存在的功耗大、靈敏度低、測(cè)量精度低、穩(wěn)定性差等問(wèn)題，并具有柔性襯底，可廣泛應(yīng)用于人體等需要柔性濕度傳感器的場(chǎng)合。
[0004]本發(fā)明的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器包括濕度敏感層、柔性襯底和粘接層；所述濕度敏感層為石墨烯納米墻，并通過(guò)粘接層與柔性襯底粘連。
[0005]進(jìn)一步地，所述柔性襯底為PET或聚酰亞胺為基材的柔性聚合物。
[0006]進(jìn)一步地，所述粘結(jié)層為PDMS、UV紫外固化膠或熱固性樹脂。
[0007]進(jìn)一步地，所述柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器還包括平行電極對(duì)，所述平行電極對(duì)為銀電極、鎵銦電極或鋁電極，并設(shè)置于石墨烯納米墻表面上。
[0008]一種柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的制備方法，具體包括以下步驟:
O將生長(zhǎng)石墨烯納米墻薄膜的基底置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗4-6min，用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br> 2)將干燥后的基底放置于CVD系統(tǒng)真空腔體中進(jìn)行石墨烯納米墻生長(zhǎng)，獲得石墨烯納米墻。石墨烯納米墻的生長(zhǎng)條件為生長(zhǎng)氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，生長(zhǎng)溫度為500-80(TC，真空腔體中通入氫氣和甲烷的混合氣，生長(zhǎng)時(shí)間控制為25-35min，最終得到少數(shù)層石墨烯納米工回;
3)在柔性襯底表面用滾筒滾一層粘結(jié)層，然后將石墨烯納米墻與有粘結(jié)層的一側(cè)的柔性襯底結(jié)合，在烘箱中固化25-35min ；
4)用15-25mg/mL硝酸鐵溶液刻蝕掉基底，然后用鹽酸清洗，再用去離子水清洗，最終得到粘附在柔性襯底上的石墨烯納米墻。
[0009]進(jìn)一步地，所述步驟I)中基底為銅箔、硅或石英，并置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗5min。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟2)中石墨烯納米墻的生長(zhǎng)條件為低壓生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度為550°C，真空腔體中通入氫氣和甲烷混合比例為2:3的混合氣，生長(zhǎng)時(shí)間控制為30min。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟3)中烘焙箱溫度為100°C，固化時(shí)間為30min。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟4)中刻蝕所用硝酸鐵溶液為20mg/mL的硝酸鐵溶液，所用鹽酸清洗時(shí)間為20min。
[0013]進(jìn)一步地，完成步驟4)之后在石墨烯納米墻上面制作一對(duì)平行電極，所述平行電極的制作方法為熱蒸鍍、直流磁共濺射、絲網(wǎng)印刷或光刻。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器及其制備方法的有益效果在于:克服了現(xiàn)有常規(guī)濕度傳感器的不足，具有功耗低、靈敏度高、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于采用了柔性襯底，可廣泛應(yīng)用于人體等需要柔性濕度傳感器的場(chǎng)入口 ο
[0015]
【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1是本發(fā)明的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為步驟2)完成后制備的半成品結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為步驟3)完成后制備的半成品結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的典型應(yīng)用示意圖；
圖5為將石墨烯納米墻薄膜的SEM圖；
圖6為石墨烯納米墻的拉曼圖；
圖7為石墨烯納米墻薄膜濕度傳感器在不同濕度下電阻響應(yīng)的變化曲線；
圖中各個(gè)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱分別為:濕度敏感層1、平行電極對(duì)2、柔性襯底3、粘接層
4、基底5。
【具體實(shí)施方式】
[0017]圖1為本發(fā)明的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為步驟2)完成后制備的半成品結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為步驟3)完成后制備的半成品結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的典型應(yīng)用示意圖，圖5為將石墨烯納米墻薄膜的SEM圖，圖6為石墨烯納米墻的拉曼圖，圖7為石墨烯納米墻薄膜濕度傳感器在不同濕度下電阻響應(yīng)的變化曲線，如圖所示:本實(shí)施例的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器包括濕度敏感層1、柔性襯底3和粘接層4 ;所述濕度敏感層I為石墨烯納米墻，并通過(guò)粘接層4與柔性襯底3粘連。
[0018]本發(fā)明的原理是:由于采用石墨烯納米墻作為濕度傳感器的濕度敏感層2，而濕度傳感器的靈敏度與感濕材料的比表面積具有直接關(guān)系，比表面積越大，器件的靈敏度會(huì)越高，石墨烯納米墻是三維結(jié)構(gòu)，比表面積大，對(duì)環(huán)境中水蒸氣吸附效果明顯，而且其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)石墨烯納米墻作為一種多層的石墨烯具有導(dǎo)電性能好、電學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此石墨烯墻制備的濕度傳感器具有功耗低、靈敏度高、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，另外由于本發(fā)明提供的石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器采用了柔性襯底，可廣泛應(yīng)用于人體等需要柔性濕度傳感器的場(chǎng)合。
[0019]本實(shí)施例中，所述柔性襯底3為PET或聚酰亞胺為基材的柔性聚合物。
[0020]本實(shí)施例中，所述粘結(jié)層4為PDMS、UV紫外固化膠或熱固性樹脂。
[0021 ] 本實(shí)施例中，所述柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器還包括平行電極對(duì)2，所述平行電極對(duì)2為銀電極、鎵銦電極或鋁電極，并設(shè)置于石墨烯納米墻表面上。
[0022]一種柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的制備方法，具體包括以下步驟:
1)將生長(zhǎng)石墨烯納米墻薄膜的基底5置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗4-6min，用氮?dú)獯蹈蓚溆茫?br> 2)將干燥后的基底5放置于CVD系統(tǒng)真空腔體中進(jìn)行石墨烯納米墻生長(zhǎng)，獲得石墨烯納米墻。石墨烯納米墻的生長(zhǎng)條件為生長(zhǎng)氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，生長(zhǎng)溫度為500-80(TC，真空腔體中通入氫氣和甲烷的混合氣，生長(zhǎng)時(shí)間控制為25-35min，最終得到少數(shù)層石墨烯納米墻I ;
3)在柔性襯底3表面用滾筒滾一層粘結(jié)層4，然后將石墨烯納米墻與有粘結(jié)層4的一側(cè)的柔性襯底3結(jié)合，在烘箱中固化25-35min ；
4)用15-25mg/mL硝酸鐵溶液刻蝕掉基底5，然后用鹽酸清洗，再用去離子水清洗，最終得到粘附在柔性襯底3上的石墨烯納米墻I。
[0023]本實(shí)施例中，所述步驟I)中基底5為銅箔、硅或石英，并置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗5min。
[0024]本實(shí)施例中，所述步驟2)中石墨烯納米墻的生長(zhǎng)條件為低壓生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度為550°C，真空腔體中通入氫氣和甲烷混合比例為2:3的混合氣，生長(zhǎng)時(shí)間控制為30min。
[0025]本實(shí)施例中，所述步驟3)中烘焙箱溫度為100°C，固化時(shí)間為30min。
[0026]本實(shí)施例中，所述步驟4)中刻蝕所用硝酸鐵溶液為20mg/mL的硝酸鐵溶液，所用鹽酸清洗時(shí)間為20min。
[0027]本實(shí)施例中，完成步驟4)之后在石墨烯納米墻上面制作一對(duì)平行電極，所述平行電極的制作方法為熱蒸鍍、直流磁共濺射、絲網(wǎng)印刷或光刻。
[0028]最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器，其特征在于:包括濕度敏感層(1)、柔性襯底(3)和粘接層(4);所述濕度敏感層(I)為石墨烯納米墻，并通過(guò)粘接層(4)與柔性襯底(3)粘連； 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器，其特征在于:所述柔性襯底(3)為PET或聚酰亞胺為基材的柔性聚合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器，其特征在于:所述粘結(jié)層(4)為PDMS、UV紫外固化膠或熱固性樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器，其特征在于:還包括平行電極對(duì)(2)，所述平行電極對(duì)(2)為銀電極、鎵銦電極或鋁電極，并設(shè)置于石墨烯納米墻表面上。
4.一種柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:具體包括以下步驟: 將生長(zhǎng)石墨烯納米墻薄膜的基底(5)置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗4-6min，用氮?dú)獯蹈蓚溆茫? 將干燥后的基底(5)放置于CVD系統(tǒng)真空腔體中進(jìn)行石墨烯納米墻生長(zhǎng)，獲得石墨烯納米墻。
5.石墨烯納米墻的生長(zhǎng)條件為生長(zhǎng)氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，生長(zhǎng)溫度為500-80(TC，真空腔體中通入氫氣和甲烷的混合氣，生長(zhǎng)時(shí)間控制為25-35min，最終得到少數(shù)層石墨烯納米墻(I); 在柔性襯底(3)表面用滾筒滾一層粘結(jié)層(4)，然后將石墨烯納米墻與有粘結(jié)層(4)的一側(cè)的柔性襯底(3)結(jié)合，在烘箱中固化25-35min ； 用15-25mg/mL硝酸鐵溶液刻蝕掉基底(5)，然后用鹽酸清洗，再用去離子水清洗，最終得到粘附在柔性襯底(3)上的石墨烯納米墻(I)。
6.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:步驟I)中基底(5)為銅箔、硅或石英，并置于丙酮、乙醇和去離子水中分別超聲清洗5min0
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:步驟2)中石墨烯納米墻的生長(zhǎng)條件為低壓生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度為550°C，真空腔體中通入氫氣和甲烷混合比例為2:3的混合氣，生長(zhǎng)時(shí)間控制為30min。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:步驟3)中烘焙箱溫度為100°C，固化時(shí)間為30min。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:步驟4)中刻蝕所用硝酸鐵溶液為20mg/mL的硝酸鐵溶液，所用鹽酸清洗時(shí)間為20min。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:完成步驟4)之后在石墨烯納米墻上面制作一對(duì)平行電極，所述平行電極的制作方法為熱蒸鍍、直流磁共濺射、絲網(wǎng)印刷或光刻。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器及其制備方法，柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器包括濕度敏感層、柔性襯底和粘接層，濕度敏感層為石墨烯納米墻，并通過(guò)粘接層與柔性襯底粘連，發(fā)明提供的柔性石墨烯納米墻電阻式濕度傳感器克服了現(xiàn)有常規(guī)濕度傳感器的不足，具有功耗低、靈敏度高、測(cè)量精度高、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)由于采用了柔性襯底，可廣泛應(yīng)用于人體等需要柔性濕度傳感器的場(chǎng)合。
【IPC分類】G01N27-12
【公開號(hào)】CN104569078
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510044427
【發(fā)明人】魏大鵬, 楊俊 , 焦天鵬, 史浩飛, 杜春雷
【申請(qǐng)人】重慶墨?？萍加邢薰? 中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日