一種納米復(fù)合濕度敏感材料、電阻式濕度傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及濕度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米復(fù)合濕度敏感材料、電阻式濕度傳感器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]濕度是自然界中使用最多的物理參數(shù)之一，無論是在生產(chǎn)實驗場所，還是在居住休閑場所，濕度的采集或控制都十分頻繁和重要。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，濕度傳感器的應(yīng)用范圍也越來越廣，如在食品行業(yè)、檔案管理、溫室大棚、動物養(yǎng)殖、藥品儲存等方面。而且，網(wǎng)絡(luò)化遠程采集溫濕度并報警是現(xiàn)代科技發(fā)展的一個必然趨勢。因此，開發(fā)高穩(wěn)定性和高靈敏度的定量檢測室溫空氣中的濕度的傳感器的顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是要提供一種納米復(fù)合濕度敏感材料、電阻式濕度傳感器及其制備方法。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明的納米復(fù)合濕度敏感材料是Ti02m米粒子、聚合物納米線、石墨稀的納米復(fù)合材料。
[0006]所述的聚合物納米線為聚苯胺納米線或聚吡咯納米線。
[0007]石墨稀負載在聚合物納米線上，Ti02m米粒子包覆在石墨稀和聚合物納米線上，石墨烯的重量負載量為0.1_10%，聚合物納米線的長度為10-50納米，T12納米粒子的粒徑為5-20納米。1102納米粒子與聚合物納米線的重量比為1:1。
[0008]本發(fā)明的納米復(fù)合濕度敏感材料的制備方法采用原位化學(xué)聚合和溶膠凝膠的方法制備，首先在溶液中采用原位化學(xué)聚合的方法合成聚合物納米線/石墨烯復(fù)合材料，然后采用溶膠凝膠的方法在聚合物納米線/石墨烯復(fù)合材料再復(fù)合T12納米粒子。
[0009]所述方法的具體步驟如下:
[0010](I)稱取0.1-0.5g石墨烯材料超聲分散到10mL 0.1-0.5M聚合物+0.1MHC1+0.0lM十六烷基三甲基溴化銨溶液中，超聲時間為l_2h，然后向該溶液中逐滴加入20-100mL 2g/L(NH4)2S2O8溶液，攪拌5h，過濾、洗滌、真空干燥，得到粉末；
[0011](2)取0.5g步驟(I)制備的粉末加入1mL鈦酸四丁酯溶液中，攪拌30min，然后滴加20mL無水乙醇，再攪拌2h后，干燥即得到二氧化鈦-聚合物納米線-石墨烯復(fù)合材料。
[0012]本發(fā)明的電阻式濕度傳感器包括如上所述的納米復(fù)合濕度敏感材料，納米復(fù)合濕度敏感材料固定于銦錫氧化物(ITO)玻璃片上。
[0013]本發(fā)明的電阻式濕度傳感器的制備方法是:將具有梳子狀結(jié)構(gòu)的銅片貼在ITO玻璃片上，然后將納米復(fù)合濕度敏感材料固定在梳子狀結(jié)構(gòu)銅片的間隙上，即以測試復(fù)合材料電阻的變化來檢測濕度的濃度。
[0014]濕度傳感器的具體組裝方法為:
[0015]A)將一側(cè)具有導(dǎo)電膠的銅片裁剪成梳子狀，梳子齒的間距為1mm，然后貼在ITO基體上；
[0016]B)將納米復(fù)合濕度敏感材料分散在乙醇溶液中，然后滴在梳子齒的間隙上；
[0017]C)在銅片上接上導(dǎo)線，采用萬用表測試材料的電阻。
[0018]本發(fā)明的電阻式濕度傳感器可通過復(fù)合材料電阻的變化來檢測空氣或樣品氣中濕度；其可以在常溫常壓下檢測濕度，所檢測相對濕度的濃度范圍為1% -100%，而且具有良好的穩(wěn)定性。
[0019]本發(fā)明的積極效果如下:
[0020]1.可定量檢測濕度。本發(fā)明采用T12、聚合物納米線、石墨稀納米粒子復(fù)合材料作為濕度敏感材料來檢測濕度，利用復(fù)合材料電阻的變化來檢測濕度。
[0021]2.應(yīng)用效果好。采用1102包覆在聚合物納米線上，有效地提高材料的比表面積，提高了濕度檢測的靈敏度。
[0022]3.制備工藝簡單，產(chǎn)品性能穩(wěn)定。復(fù)合材料的制備采用原位化學(xué)聚合和溶膠凝膠的方法完成，不需要復(fù)雜的步驟，而且保證了材料制備的重現(xiàn)性。
[0023]4.使用方便。本發(fā)明濕度傳感器可以在室溫條件下定量檢測濕度，而且操作簡便，重現(xiàn)性好。
[0024]5.本發(fā)明電阻式濕度傳感器還具有工藝簡單，應(yīng)用范圍廣和制造成本低等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0025]圖1為實施例1制備的T12/吡咯/石墨烯納米復(fù)合材料掃描電鏡圖。
[0026]圖2為本發(fā)明實施例1制備的電阻型濕度傳感器對濕度濃度的響應(yīng)曲線圖。
[0027]圖3為本發(fā)明實施例1制備的電阻型濕度傳感器的工作曲線圖。
[0028]從圖1可以看出，1102納米粒子很好地分散在聚吡咯納米線和石墨烯的復(fù)合材料上，其粒徑大小為10-30nm。從圖2可以看出所制備的濕度傳感器對一定相對濕度的氣體有明顯的響應(yīng)，而且隨著濕度的增大而增大。從圖3可以看出在一定濕度范圍內(nèi)，傳感器的電阻變化和濕度之間有良好的線性關(guān)系。
【具體實施方式】
[0029]下面的實施例是對本發(fā)明的進一步詳細描述。
[0030]實施例1
[0031]I)稱取0.1g石墨烯材料超聲分散到10mL 0.1M吡咯+0.1MHC1+0.0lM十六烷基三甲基溴化銨溶液中，超聲時間為l_2h，然后向該溶液中逐滴加入20mL 2g/L: (NH4)2S2O8溶液，攪拌5h，過濾、洗滌、真空干燥。
[0032]2)取0.5g步驟I中的粉末加入1mL鈦酸四丁酯溶液中，攪拌30min，然后滴加20mL無水乙醇，再攪拌2h后，干燥即得到二氧化鈦-聚吡咯納米線-石墨烯復(fù)合材料。
[0033]3)將一側(cè)具有導(dǎo)電膠的銅片裁剪成梳子狀，然后貼在ITO基體上，梳子齒的間距為1mm，將復(fù)合材料分散在乙醇溶液中，然后滴在梳子齒的間隙上
[0034]4)在銅片上接上導(dǎo)線，記錄復(fù)合材料在一定濕度的空氣中的電阻變化的關(guān)系。
[0035]實施例2
[0036]I)稱取0.1g石墨烯材料超聲分散到10mL 0.1M苯胺+0.1MHC1+0.0lM十六烷基三甲基溴化銨溶液中，超聲時間為l_2h，然后向該溶液中逐滴加入20mL 2g/L: (NH4)2S2O8溶液，攪拌5h，過濾、洗滌、真空干燥。
[0037]2)取0.5g步驟I中的粉末加入1mL鈦酸四丁酯溶液中，攪拌30min，然后滴加20mL無水乙醇，再攪拌2h后，干燥即得到二氧化鈦-聚苯胺納米線-石墨烯復(fù)合材料。
[0038]3)將一側(cè)具有導(dǎo)電膠的銅片裁剪成梳子狀，然后貼在ITO基體上，梳子齒的間距為1mm，將復(fù)合材料分散在乙醇溶液中，然后滴在梳子齒的間隙上
[0039]4)在銅片上接上導(dǎo)線，記錄復(fù)合材料在一定濕度的空氣中的電阻變化的關(guān)系。
[0040]本發(fā)明的工作原理
[0041]T12納米粒子是一種半導(dǎo)體材料，具有較高的電阻和較大的比表面積，對水分子有良好的吸附作用，將其負載到聚合物納米線/石墨烯復(fù)合材料上，提高了濕度檢測的敏感性。當(dāng)復(fù)合材料吸附了水分子后，其電阻發(fā)生變化，因此可以利用復(fù)合材料電阻的變化檢測空氣中的濕度。檢測采用靈敏度來S來表示，S= (R0- RhVRciX 100，其中Rh表示復(fù)合材料在11%空氣濕度中的電阻，&表示沒有濕度為O時復(fù)合材料的電阻。
[0042]該濕度傳感器可以在室溫條件下定量檢測空氣中的濕度，而且操作簡便，重現(xiàn)性好。本發(fā)明所制備的電阻型濕度傳感器采用原位化學(xué)聚合和溶膠凝膠相結(jié)合的方法制備二氧化鈦納米粒子、聚吡咯納米線、石墨烯復(fù)合材料。二氧化鈦納米粒子具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，將其負載到聚吡咯納米線和石墨烯復(fù)合材料上，提高了在室溫下濕度檢測的穩(wěn)定性和靈敏度，而且還具有工藝簡單，應(yīng)用范圍廣和制造成本低等優(yōu)點。
[0043]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1.一種納米復(fù)合濕度敏感材料，其特征在于:所述的納米復(fù)合濕度敏感材料是T1 2納米粒子、聚合物納米線、石墨稀的納米復(fù)合材料。
2.如權(quán)利要求1所述的納米復(fù)合濕度敏感材料，其特征在于:所述的聚合物納米線為聚苯胺納米線或聚啦略納米線。
3.如權(quán)利要求1所述的納米復(fù)合濕度敏感材料，其特征在于:石墨稀負載在聚合物納米線上，Ti02m米粒子包覆在石墨稀和聚合物納米線上，石墨稀的重量負載量為0.1-10%,聚合物納米線的長度為10-50納米，T12納米粒子的粒徑為5-20納米，T12納米粒子與聚合物納米線的重量比為1:1。
4.如權(quán)利要求1?3任一項所述的納米復(fù)合濕度敏感材料的制備方法，其特征在于:所述濕度敏感材料采用原位化學(xué)聚合和溶膠凝膠的方法制備，首先在溶液中采用原位化學(xué)聚合的方法合成聚合物納米線/石墨烯復(fù)合材料，然后采用溶膠凝膠的方法在聚合物納米線/石墨稀復(fù)合材料再復(fù)合T12納米粒子。
5.如權(quán)利要求4所述的納米復(fù)合濕度敏感材料的制備方法，其特征在于:所述方法的具體步驟如下: (1)每稱取0.1-0.5g石墨烯材料超聲分散到10mL 0.1-0.5M聚合物+0.1M HC1+0.0lM十六烷基三甲基溴化銨溶液中，超聲時間為l_2h，然后向該溶液中逐滴加入20-100mL 2g/1^(順4)23208溶液，攪拌5h，過濾、洗滌、真空干燥，得到粉末； (2)每取0.5g步驟(I)制備的粉末加入1mL鈦酸四丁酯溶液中，攪拌30min，然后滴加20mL無水乙醇，再攪拌2h后，干燥即得到二氧化鈦-聚合物納米線-石墨烯復(fù)合材料。
6.—種電阻式濕度傳感器，其特征在于:所述的電阻式濕度傳感器包括如權(quán)利要求1?4任一項所述的納米復(fù)合濕度敏感材料，納米復(fù)合濕度敏感材料固定于ITO玻璃片上。
7.如權(quán)利要求6所述的電阻式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:將具有梳子狀結(jié)構(gòu)的銅片貼在ITO玻璃片上，然后將納米復(fù)合濕度敏感材料固定在梳子狀結(jié)構(gòu)銅片的間隙上，即以測試復(fù)合材料電阻的變化來檢測濕度的濃度。
8.如權(quán)利要求7所述的電阻式濕度傳感器的制備方法，其特征在于:濕度傳感器的組裝方法為: A)將一側(cè)具有導(dǎo)電膠的銅片裁剪成梳子狀，然后貼在ITO基體上； B)將納米復(fù)合濕度敏感材料分散在乙醇溶液中，然后滴在梳子齒的間隙上； C)在銅片上接上導(dǎo)線，采用萬用表測試材料的電阻。
9.如權(quán)利要求6所述的電阻式濕度傳感器的應(yīng)用，其特征在于:所述電阻式濕度傳感器通過濕度敏感材料電阻的變化來檢測空氣或樣品氣中濕度。
10.如權(quán)利要求9所述的電阻式濕度傳感器的應(yīng)用，其特征在于:所述電阻式濕度傳感器在常溫常壓下檢測濕度，所檢測濕度的質(zhì)量濃度范圍為1% -100%，而且具有良好的穩(wěn)定性。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米復(fù)合濕度敏感材料、電阻式濕度傳感器及其制備方法。所述的納米復(fù)合濕度敏感材料是TiO2納米粒子、聚合物納米線、石墨烯的納米復(fù)合材料。所述的電阻式濕度傳感器包括上述的納米復(fù)合濕度敏感材料，納米復(fù)合濕度敏感材料固定于ITO玻璃片上。本發(fā)明所制備的電阻型濕度傳感器采用原位化學(xué)聚合和溶膠凝膠相結(jié)合的方法制備二氧化鈦納米粒子、聚吡咯納米線、石墨烯復(fù)合材料。二氧化鈦納米粒子具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，將其負載到聚吡咯納米線和石墨烯復(fù)合材料上，提高了在室溫下濕度檢測的穩(wěn)定性和靈敏度，而且還具有工藝簡單，應(yīng)用范圍廣和制造成本低等優(yōu)點。
【IPC分類】G01N27-12
【公開號】CN104569074
【申請?zhí)枴緾N201410808950
【發(fā)明人】鄒勇進, 向翠麗, 孫立賢, 徐芬, 褚海亮
【申請人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月23日