气象用湿敏电容传感器的稳定性测试与分析

为研究湿敏电容传感器的稳定性特征,利用14支湿敏电容传感器静态测试数据,用误差年漂移量定量表征湿敏电容传感器的稳定性,并对误差年漂移量的变化规律及影响因素进行分析。结果表明,湿敏电容传感器的稳定性受温度、温度和湿度的交互作用以及厂家制造水平的影响,低温时稳定性较差;室温时稳定性随湿度升高而降低。经过一年的使用,78.6%的湿敏电容传感器无法满足技术指标要求。     

基于c‒MWCNTs/GO体系的湿敏型智能包装研究

目的 优选羧基化多壁碳纳米管(c–MWCNTs)与氧化石墨烯(GO)作为敏感材料制备湿度传感器,对其湿敏特性进行研究,探索一种能够快速精确监测包装内湿度变化的传感器。方法 通过丝网印刷工艺印制传感器电极基底,在电极表面涂布c–MWCNTs/GO湿敏溶液,混合湿敏溶液中c–MWCNTs的质量分数分别为20%和67%,烘干后得到电阻型湿度传感器,测定其灵敏度、动态响应、响应恢复时间、吸湿滞后性、重复性等湿敏特性。结果 选用长度为0.5~2 μm的c–MWCNTs制备的湿度传感器灵敏度、线性度优于10~30 μm的。质量分数分别为20%和67%的c–MWCNTs的湿敏溶液制备而得的传感器均对不同湿度敏感,而当c–MWCNTs质量分数为67%时灵敏度更高,线性度更好,在低湿(相对湿度为33%)时响应和恢复时间分别为7 s和3.9 s,高湿(相对湿度为85%)时分别为20 s和15 s,最大吸湿滞后值为17%。结论 将c–MWCNTs与GO掺杂用于制备湿度传感器,可以检测的相对湿度范围为11%~98%,且c–MWCNTs质量分数为67%时传感器具有较高的灵敏度、良好的线性度、良好的重复性、快速的响应恢复能力和较小的吸湿滞后,在未来包装湿度监控应用方面具有广阔前景。     

高分子电阻型湿敏材料的老化机理

本文以聚苯乙烯磺酸钠为湿敏材料制备了高分子电阻型湿度传感器,研究了其在高温高湿环境下,施加交流电激励后的老化行为。考察了通电电压、通电时间等对传感器响应特性的影响,并对其老化机理进行了探讨。提出通电老化后,湿敏材料在不同湿度下的电阻变化决定于高温高湿环境造成的溶解效应和施加电压后引起的通道效应和离子破坏效应。研究表明,在较高湿度环境下(87~93%RH),施加800mv的电压可加速湿敏材料的老化过程,使湿度传感器响应信号较快达到稳定,从而有望改善湿度传感器的稳定性。     

电极结构对高分子电阻型湿度传感器性能的影响

本文以聚苯乙烯磺酸钠为湿敏材料,制备了以金叉指电极为基底的高分子电阻型湿度传感器。研究了电极基片材料和叉指电极构型对传感器湿敏响应特性的影响。研究表明,采用多孔结构的基片材料可降低传感器电阻,增强湿敏膜与基片的结合能力从而提高传感器的稳定性;叉指电极构型对传感器的电阻大小有一定影响,增加电极中心线间距离使传感器的稳定性提高。     

电参数湿敏高分子材料研究进展

对用于电阻型和电容型湿度传感器的湿敏高分子材料的最近进展,进行了介绍和评述,着重说明交联和共聚是制备耐水的湿敏高分子材料的优良方法。     

钒钛酸掺杂聚苯胺的制备与湿敏性能

采用沉淀聚合法,在聚乙二醇的乙醇溶液中制备了钒钛酸掺杂的聚苯胺,并对其进行红外表征和灵敏度、湿滞、电阻特性、电容特性和响应-恢复等湿敏特性研究。结果表明,钒钛酸已掺杂到聚苯胺中,且钒钛酸掺杂聚苯胺的湿敏性能明显优于聚苯胺。当频率为1kHz时该湿敏元件的线性度较好。在11%~97%相对湿度(RH)范围内,电阻变化了3个数量级、灵敏度较高、湿滞回差为5%RH,响应时间为5s,恢复时间为19s,是一种良好的湿敏材料。     

介孔SBA-15担载LiCl的湿敏特性及敏感机理分析

传统上利用LiCl制作的湿度传感器只能在一段湿度的范围内进行湿度的测量,并且由于LiCl易水解的性质,经过一段时间的使用后,LiCl容易流失而使元件失效。实验中将LiCl材料担载到SBA-15分子筛中来改善材料的湿敏特性,并对材料分别进行了IR和SEM表征分析。利用该系列材料制作并获得了全湿度范围内特性良好的电阻型湿敏元件。通过不同比例的LiCl的掺杂,选择出掺杂量为15%wt LiCl的样品最适宜制备湿敏元件。实验测试得到了元件在不同湿度下的复阻抗谱图,通过对复阻抗谱图以及材料结构的研究,分析了基于该材料的湿敏元件在不同相对湿度下的导电机理。     

具有双层结构的聚电解质和聚苯胺复合湿度传感器

制备了水溶性聚苯胺,将其与聚电解质湿敏材料———交联季胺化聚（4-乙烯基吡啶）复合,构建了具有双层结构的电阻型湿度传感器,研究了其在低湿环境下的湿敏响应特性。     

碳湿敏元件非线性感湿特性的影响因素

研究了不同配比导电炭黑和羟乙基纤维素(HEC)感湿胶制备的碳湿敏元件的感湿特性,探讨了山梨醇增湿剂对感湿非线性特性的影响。对碳湿敏元件的体积电阻率、湿敏特性和复阻抗谱的测试结果表明,炭黑含量和山梨醇含量对非线性感湿特性有很大影响,2%炭黑试样在80%湿度附近开始出现电阻的非线性增大;适量山梨醇使试样的非线性湿度响应移向较低湿度区。试样的复阻抗谱在54%湿度时为1个带拖尾的半圆弧,80%湿度时变为带拖尾的2个半圆弧,更高湿度时是拖尾拉长变形明显的2个半圆弧,表明其等效电路是由包括体电阻、炭黑粒界电阻和电极接触电阻三个阻容并联体的串联组成。半圆弧数目随湿度增加的现象,与感湿膜中水分子增加使不同极化机制的作用变得更加明显有关。     

烧结工艺对SnO2-LiZnVO4系纳米湿敏材料性能的影响

采用共沉淀法制备出SnO2-LiZnVO4系纳米粉体,考察了烧结工艺对材料微结构、湿敏特性和电容特性的影响。实验结果表明,适当的烧结工艺可明显改善纳米材料的微结构和感湿特性,采用共沉淀法制备SnO2-LiZnVO4系纳米粉体并选择好烧结温度,可使材料具有棒状晶粒微结构及低湿电阻小、灵敏度适中的湿敏试样。     

气象用湿度传感器低温测量探讨

通过湿度传感器的低温性能测试研究,掌握温度变化对湿度测量准确度的影响量。通过随机挑选的3支湿敏电容湿度传感器在实验室不同的温度点下开展湿度全量程测试,在测试温度低于0℃时,计量标准的两种计算方法 -标准方法和WMO法,与之进行比对分析,验证低温时湿度测量的两种计算方法的相关性和差异性,进而定量地分析0~-40℃环境下湿度计量的温度影响量。     

石墨烯湿敏性能研究进展

湿度传感器与大气监测、工业生产和生物医疗等领域息息相关。随着科技的不断发展,人们对高性能湿度传感器的需求不断增加,这为湿度传感器行业的发展带来了前所未有的机遇和挑战,其中高性能湿敏材料的开发尤为关键。在诸多湿度传感器中,金属氧化物或金属氧化物/聚合物复合材料湿度传感器因其敏感元件选择的多样性、易于后加工处理和响应特性高等特点而受到广泛关注。与聚合物湿度传感器相比,陶瓷材料的合成过程更简便,响应也通常更为迅速,且聚合物的成本更低。近些年,新型纳米材料被广泛应用于湿度传感器领域,逐渐成为湿敏材料的主要发展方向及研究热点。零维和一维纳米碳质材料,如富勒烯、碳纳米管作为湿敏活性层制备的传感器通常具有大比表面积、可室温下工作、易于实现微型化、稳定性好等诸多优点,但它们的零维或一维结构与现有的平面电子器件加工工艺不相匹配。石墨烯是由sp2杂化的碳原子紧密排列构成的二维蜂巢晶格结构的单层石墨,其独特的二维结构适用于现有的平面电子器件加工工艺。石墨烯材料作为湿敏活性层受到研究者们的广泛关注是因为它具备诸多优异特性:(1)石墨烯的所有原子都在表面,具有超大的比表面积,原则上,石墨烯传感器的动态检测范围可以从单个分子到很高的浓度水平;(2)利用石墨烯的电学特性和力学特性可以很好地进行传感信号的转换;(3)金属、聚合物或其他修饰剂功能化的石墨烯能与特定分子发生相互作用,大大增强传感器的选择性;(4)石墨烯单晶可以制作四探针装置,从而能够避免接触电阻的影响,并大大提高灵敏度;(5)与其他纳米碳材料如碳纳米管相比,石墨烯和氧化石墨烯制备成本更低。本文综述了石墨烯湿敏性能及其应用的研究进展,着重讨论了本征石墨烯、氧化石墨烯和改性石墨烯的湿敏特性。文章最后分析了石墨烯基湿度传感器未来的发展方向和面临的挑战。     

一种基于碳黑/聚四乙烯吡啶纳米复合物的新型湿度传感器

以4-羟-2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)为引发剂,通过本体聚合方法制备聚四乙烯吡啶(P4VP)接枝纳米碳黑(CB)复合材料,以溴丁烷和1,4-二溴丁烷分别与之进行季胺化和交联季胺化反应,制得了新型电阻型湿敏材料.测试了该类纳米复合湿敏材料的温度响应特性,发现其在低湿环境下也具有较好的导电性,而且材料的导电行为同时存在离子导电和电子导电两种机理.通过改变碳黑与聚合物的相对比例,使聚合物产生季胺化以及交联季胺化反应等,可以调控两种导电机理的复合材料在电响应中所起的作用,从而改变其湿敏响应特性,制备可以全程响应的电阻型湿度传感器.     

纳米晶复合氧化物湿敏元件的特性研究

利用纳米复合氧化物Ba0.5Sr0.5TiO3材料制作了电阻型湿度敏感元件,对元件进行湿敏特性测试后表明:该元件的阻抗-湿度特性良好,电阻范围适中,湿滞小,不需加热清洗.同时研究了其直流充电-放电特性和交流复阻抗特性,分析了敏感机理.     

频率和温度对陶瓷湿敏元件感湿特性的影响

研究了工作频率和温度对TiO₂－K₂O－LiZnVO₄陶瓷薄膜湿敏元件感湿特性的影响．结果表明：在低湿区,元件的阻抗随频率增大、温度升高而减小,感湿灵敏度随频率增大、温度降低而显著减小,感湿特性曲线出现平台;在高湿区,频率和温度对元件感湿特性的影响可以忽略,感湿特性曲线线性良好．分析了陶瓷薄膜的极化现象,发现极化现象导致薄膜的微观电容在低温低湿时对湿度变化不敏感．据此解释了极化现象引起频率和温度对元件感湿特性影响的内在机理．     

稀土杂质对纳米BaTiO3湿敏性能的影响

分别研究了钠盐和稀土杂质对BaTiO3纳米晶材料湿敏元件电学性能的影响,结果表明钠盐和稀土金属氧化物都能降低湿敏元件的电阻和湿滞.掺钠盐的湿敏元件电阻较低,但长期稳定性不如掺稀土金属氧化物的湿敏元件.初步分析了掺杂影响湿敏材料特性的机理.     

溅射条件对湿敏薄膜特性的影响

本文介绍了RF溅射制备湿度敏感膜技术,讨论了衬底温度、工作气体及压力、放电电压及时间对湿敏膜感湿特性的影响。实验结果表明,只要认真控制上述工艺条件便可以制成感湿特性良好的湿度敏感膜。     

基于石英晶体微天平的聚醚酰亚胺湿度传感器

研制了基于石英晶体微天平方法的聚醚酰亚胺湿度传感器,研究了它对相对湿度的响应特性和灵敏度以及这种湿度传感器在高湿度对比下的循环特性和长期老化性能。结果表明:在较宽的湿度范围内,这种湿度传感器表现出良好的湿敏特性。当相对湿度从11%变化至95%时,频率变化达2000Hz。高湿度差对比下的响应时间和恢复时间分别为30和20s。在循环测试和长时间老化测试中,也表现出优良的重复性和稳定性。     

电容式多孔硅湿敏元件初探

阐述了电容式多孔硅湿敏元件的制备方法,并且研究了它的湿敏特性.实验结果表明:电容式多孔硅湿敏元件的电容值随着湿度的增大而显著增大,在中湿区(43.16%RH～68.86%RH)容湿特性为线性,而且有较小的湿滞.     

超支化聚季胺盐的湿敏响应特性

以超支化结构聚酯为核,制备了超支化聚季胺盐湿敏材料。采用浸涂法制备薄膜电阻型湿敏元件,研究了其湿敏响应特性。发现其在较宽湿度范围(5%～96%RH)具有较高响应灵敏度,且响应快,湿滞小(1%RH)。