一种基于磷酸盐分子筛的湿度传感器及其制备方法技术

一种基于磷酸盐分子筛的湿度传感器及其制备方法，属于湿度传感器技术领域。采用AlPO4-5分子筛作为敏感层，不但应用了其良好的稳定性，还可以有效地利用AlPO4-5分子筛具有较高比表面积的优势。同时本发明专利技术采用的工艺简单、制得的器件体积小、适于大批量生产，因而具有重要的应用价值。本发明专利技术所述的AlPO4-5分子筛的快速响应恢复湿度传感器，从下至上依次由陶瓷衬底、在陶瓷衬底上采用丝网印刷技术制备的Au金属叉指电极、在叉指电极上采用涂覆技术制备的AlPO4-5敏感层组成；其中AlPO4-5敏感层的厚度为2～4μm，粒径为6～10μm，金属叉指电极的宽度和间距均为0.15～0.20mm，厚度为100～150nm。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于湿度传感器
。采用AlPO4-5分子筛作为敏感层，不但应用了其良好的稳定性，还可以有效地利用AlPO4-5分子筛具有较高比表面积的优势。同时本专利技术采用的工艺简单、制得的器件体积小、适于大批量生产，因而具有重要的应用价值。本专利技术所述的AlPO4-5分子筛的快速响应恢复湿度传感器，从下至上依次由陶瓷衬底、在陶瓷衬底上采用丝网印刷技术制备的Au金属叉指电极、在叉指电极上采用涂覆技术制备的AlPO4-5敏感层组成；其中AlPO4-5敏感层的厚度为2～4μm，粒径为6～10μm，金属叉指电极的宽度和间距均为0.15～0.20mm，厚度为100～150nm。【专利说明】
本专利技术属于湿度传感器
，具体涉及一种以A1P04_5分子筛为湿度敏感膜的快速响应恢复湿度传感器及其制备方法。
技术介绍
湿度传感器在人们生活、农业、工业生产等许多方面有着广泛的应用。现代医疗气象研究表明，对人体比较适宜的相对湿度为:夏季相对湿度控制在40-50%RH比较合适，冬季相对湿度控制在60-70%RH比较舒服。由此可见，人类生存和社会活动与湿度密切相关。在工业生产中，湿度的控制直接关系到产品的质量；此外，粮食的存储、高空气象探测、温室种植等也都离不开湿度检测。因此湿度传感器成为近年来的研究热点之一。湿度传感器是利用湿度敏感材料直接吸附大气中的水分子，使得材料的电学性质等发生变化，经过检测连接外围电路敏感元件的输出信号变化而测量湿度变化。用于湿度传感的材料有很多，目前主要集中在半导体、陶瓷和高分子等材料中。然而，湿度传感器的响应恢复特性一直有待提高。磷酸盐分子筛是分子筛中的一个重要分支，由于其骨架元素的丰富性使其具有独特的性能，它在催化、光化学、电磁学等领域具有广泛的应用前景。磷酸盐分子筛由于其骨架结构，可提供局部静电场、较大的表面积和体积比，对于水，CO等气体有着良好的敏感特性。因此，磷酸盐分子筛可应用在湿度传感方面。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供。采用A1P04_5分子筛作为敏感层，不但应用了其良好的稳定性，还可以有效地利用AlP04-5分子筛具有较高比表面积的优势。同时本专利技术采用的工艺简单、制得的器件体积小、适于大批量生产，因而具 有重要的应用价值。本专利技术所述的A1P04_5分子筛的快速响应恢复湿度传感器，从下至上依次由陶瓷衬底、在陶瓷衬底上采用丝网印刷技术制备的Au金属叉指电极、在叉指电极上采用涂覆技术制备的A1P04_5敏感层组成；其中A1P04_5敏感层的厚度为2?4 ii m，粒径为6?10 y m，金属叉指电极的宽度和间距均为0.15?0.20mm,厚度为100?150nm。本专利技术所述的基于A1P04_5分子筛的快速响应恢复湿度传感器的制备步骤如下:1、衬底的处理首先分别用丙酮、乙醇棉球擦拭陶瓷衬底至干净，再将衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中，分别超声清洗5?10分钟，最后在100?120°C环境下干燥；2、金属叉指电极的制备采用丝网印刷技术制备Au金属叉指电极，按照油墨:Au粉:稀释剂的质量比为1:1?2:2?4的比例，搅拌调制成浆糊；然后将浆糊注入到带有叉指电极图案的丝网版上，在30°?45°的倾斜角度和5?10牛压力条件下刮动浆糊，印制电极并烘干，紫外光固化后完成金属叉指电极的制备，金属叉指电极的宽度和电极间距均为0.15 ?0.20mm。3、纳米A1P04_5分子筛的制备采用水热法制备A1P04_5分子筛:室温条件下，首先将质量分数为85%的磷酸与去离子水混合，再加入氢氧化铝，搅拌I?3小时后，再向混合物中加入TPA (三正丙胺)，并继续搅拌I?3小时，混合物中各组份的摩尔比为1.0Al2O3:1.0?1.5TPA:0.8?1.6P205:40?60H20 ;然后将白色溶液转移到反应釜中，并在130?180°C下反应15?30h，冷却至室温后将白色生成物用去离子水离心清洗，最后在室温下干燥，得到的白色产物即为A1P04_5分子筛。4、湿敏器件的制备将干燥后的A1P04_5分子筛放入研钵中，研磨20?30分；然后向研钵中滴入去离子水(分子筛与水的质量比为5:1?3)，再继续研磨20?30分，得到黏稠状的浆料；用药匙沾取少量的浆料，涂覆在叉指电极上，然后将其在60?80°C烘干，A1P04_5分子筛敏感层的厚度为2?4 ii m ;最后在相对湿度为100%RH的环境中，将制备的器件在0.4?1.2V电压、40?300Hz的交流电下老化12?24小时，从而得到本专利技术所述的一种以A1P04_5为敏感层、以Au为金属叉指电极的湿度传感器。本专利技术制备的A1P04_5分子筛湿度传感器具有制备方法简单，成本低廉，优秀的快速响应恢复特性、有望大规模生产的特点，对湿度具有良好的检测性能。【专利附图】【附图说明】图1:AlP04-5分子筛的SEM形貌图，(b)图为(a)图的局部放大，其中(a)图的放大倍数为4000倍，(b)图的放大倍数为8000倍；图2:本专利技术所制备器件结构示意图；图3:本专利技术的器件在0.5VU00HZ交流电下，器件的阻抗-相对湿度特性曲线(敏感膜厚2 ii m);图4:本专利技术的器件在0.5V、IOOHz交流电下，器件的阻抗-相对湿度特性曲线(敏感膜厚3 ii m);图5:本专利技术的器件在0.5VU00HZ交流电下，器件的阻抗-相对湿度特性曲线(敏感膜厚4 ii m);图6:本专利技术的器件在0.5V、IOOHz交流电下，器件的湿滞特性曲线(敏感膜厚3u m)；图7:本专利技术的器件在0.5V、IOOHz交流电下，器件在11?95%RH的响应恢复曲线(敏感膜厚3 ii m);如图1所示，Ca)图中看出A1P04_5分子筛晶体形成多个球状聚集体，(b)图看出纳米A1P04_5分子筛的粒径尺寸为6?10 y m，且每个球是由众多纳米棒或纳米片组成。如图2所示，器件由陶瓷材料衬底l、Au金属叉指电极2、A1P04_5分子筛材料3组成。如图3所示，当器件在0.5V、IOOHz交流电下，敏感膜厚2 U m,器件的阻抗值随湿度变化曲线较大，跨越约3个数量级，曲线在湿度范围具有一定的线性关系。如图4所示，当器件在0.5V、IOOHz交流电下，敏感膜厚3 U m,器件的阻抗值随湿度变化曲线较大，跨越约3个数量级，曲线在湿度范围呈现良好的线性关系。如图5所示，当器件在0.5V、IOOHz交流电下，敏感膜厚4pm，器件的阻抗值随湿度变化曲线较大，跨越约3个数量级，曲线在湿度范围具有一定的线性关系。如图6所示，器件的湿滞小于3%RH。 如图7所示，器件从11%RH到95%RH的响应时间是2?3s，器件从95%RH到11%RH的恢复时间是2?3s。表现出了优良的响应恢复特性，对湿度有良好的检测。【具体实施方式】实施例1:首先分别用丙酮、乙醇棉球擦衬底至干净，再将衬底依次置于丙酮、乙醇和去离子水中，分别超声清洗5分钟，最后放到100°C中干燥备用；采用丝网印刷技术制备Au金属叉指电极，按照油墨:Au粉:稀释剂的质量比为1:1.5:3的比例，搅拌调制成浆糊；然后将浆糊注入到带有叉指电极图案的丝网版上，在30°的倾斜角度和5牛压力条件下刮动浆糊，印制电极并烘干，紫外光固化，完成金属叉指电极的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于AlPO4?5分子筛的湿度传感器，其特征在于：从下至上依次由陶瓷材料衬底（1）、Au金属叉指电极（2）和AlPO4?5分子筛敏感层（3）组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阮圣平，张敏，张宇鹏，周敬然，郭文滨，温善鹏，张莹，沈亮，张歆东，董玮，刘彩霞，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：