複合型溼度傳感器溼敏元件的製作方法

2023-10-11 15:22:59

專利名稱：：複合型溼度傳感器溼敏元件的製作方法
技術領域：
：本發明涉及複合型溼度傳感器溼敏元件，特別涉及以孔隙率為35-50％、孔徑為0.5～1.0μ的氧化鋁多孔陶瓷基片為載體、浸以高聚合感溼液、外表面塗覆有防水層的溼度傳感器溼敏元件。試驗證明，該傳感器在20～90％RH範圍內阻值變化4個數量級(103～107Ω)，溼滯小於1％RH，響應時間小於60秒，並可抗多種惡劣氣氛，經批量使用證明，是一種性能穩定的溼度傳感器。陶瓷溼度傳感器雖具有全範圍感溼、靈敏度高、使用溫度高等優點，但卻存在著易於老化這樣一個致命缺點即阻抗隨時間而增大，靈敏度降低，最終導致失效，並且溼滯較大，在低溼時的阻值偏高，不易於實際使用。而電解質型溼度傳感器雖具長期穩定性較好的優點，卻不能在高溼、結露或汙染的環境中使用，並且使用溫度範圍較窄，不能全範圍感溼。本發明的目的是採用特殊工藝將兩者結合起來，保持其優點，製成一種複合型溼度傳感器溼敏元件。經過對國內外陶瓷類、電解質類、聚合物類和高分子類等多種溼敏材料的研究、選擇和對比，我們確定了複合材料的方案，即用具有一定氣孔率和氣孔大小的多孔陶瓷為載體，浸漬有優良特性的感溼液，形成結合各自優點的複合型溼度傳感器溼敏元件。使傳感器具有靈敏度高、響應快、溼滯小、耐腐蝕和有害氣氛汙染，穩定性好等特點。本發明所提供的傳感器溼敏元件的結構為溼敏元件的基體為具有一定孔隙率和氣孔大小的三氧化二鋁多孔陶瓷，在其上下表面設置有RuO2電極，基體空隙中上浸有感溼液，溼敏元件外表面塗覆有防水層。其中，所述的孔隙率35-50％。其中，所述的孔徑為0.5～1.0μ。其中，所述的放水層為醋酸纖維素丙酮溶液。其中，所述的感溼液聚丙烯酸鈉。本發明所提供的傳感器溼敏元件的工藝條件為1、浸膜①將半成型的多孔陶瓷溼敏元件浸入1％的醋酸纖維素丙酮溶液中，15～20秒鐘後取出，自然乾燥；②成膜的溼敏元件放置在120℃烘箱內，烘乾30分鐘；2、老化①將製成的耐水型多孔瓷溼敏元件放置在恆溫溼箱內高溫高溼40℃，70％RH，3小時；低溫低溼5℃，30％RH，3小時；②取出溼敏元件，在普通環境中放置10小時；③如此循環5次即可。製成的溼敏元件保護膜不宜太厚。由於膜的透過速度與表面厚度成反比，這對溼敏元件的響應時間有一定影響(現將保護膜控制在1μm左右)。因此膜厚的控制是製作工藝中的重要環節，成膜溶液製成後，需用篩網過濾，可提高塗燙保護膜的均勻性，使溼敏元件的耐水性能達到＜±3％RH的測量精度。成膜溶劑、溶液濃度及添加劑同保護膜的孔結構有密切關係。大量研究表明制膜液的組成強烈影響制膜的結構、狀態和溶劑蒸發速度，它們是決定膜性能的重要因素，同時成膜材料和溶劑不能對溼敏元件電極有腐蝕作用、不能對其中電解質產生化學反應等不良影響。成功地選擇塗燙保護膜後，溼敏元件的性能猶如更新換代，不僅增強了溼敏元件的抗汙染能力，而且也提高了溼敏元件的等級。本發明所提供的傳感器溼敏元件性能測試結果為1、耐水性能測試塗覆保護膜的多孔瓷溼敏元件的感溼特性；再將其浸入去離子水中，20分鐘後取出，自然乾燥2小時測定其耐水性能。測試結果表明溼敏元件的耐水性能良好。表1耐水型溼敏元件的耐水性能測試2、一致性測試多孔瓷溼敏元件的感溼特性，再將其塗覆耐水保護膜，熱處理後，測定感溼特性，測試結果表明加保護膜的溼敏元件基本不改變其原有的感溼特性。表2耐水型溼敏元件的一致性測試3、穩定性該課題的研製周期僅用了半年，因此無足夠的時間進行穩定性測試。現對放置60天塗覆耐水保護膜的多孔瓷溼敏元件進行測試，測試結果表明耐水型多孔瓷溼敏元件的性能穩定。表3耐水型溼敏元件穩定性測試4、氣氛試驗參照日本松下電器公司的試驗方法。測試條件在體積為二升的密封乾燥瓶中，底部加入實驗介質(如乙醇等)，將溼敏元件放入乾燥器的上部，室溫狀態下放置數小時後取出，在室溫下放置8小時後測定。表4氣氛試驗60ml/2L容器乙醇60小時表5氣氛試驗1％100ml/2L容器乙酸60小時表6氣氛試驗3％50ml/2L容器氨水60小時表7氣氛試驗100ml/2L丙酮60小時表8氣氛試驗距芳香30cm30秒表9氣氛試驗距殺蟲劑30cm30秒表10氣氛試驗20ml/2L香水20小時本發明所提供的傳感器溼敏元件的性能為1、溼度響應範圍30％RH～90％RH；2、使用溫度範圍0℃～50℃；3、響應時間小於60秒；4、長期穩定性變化率在25℃，50％RH條件下，小於5％RH/年；5、保存溫度範圍-20℃～80℃；6、耐水特性浸入水中20分鐘，變化率＜±3％RH；7、使用壽命兩年以上。由此可見，本發明所提供的傳感器溼敏元件的優點為1、溼敏元件加保護膜後具有良好的耐水性能。2、溼敏元件加保護膜後，感溼性能穩定，在標準狀態下(25℃，50％RH)2個月內感溼特性變化小於3％RH。3、氣氛試驗表明耐水型多孔瓷溼度傳感器受乙醇、乙酸、丙酮、芳香劑、殺蟲劑、香水氣氛的影響小，抗汙染能力較強，能在比較惡劣的環境中使用。4、溼敏元件加保護膜後基本不改變其原有的感溼特性。5、保護膜製作工藝與原多孔瓷溼敏元件生產工藝有良好的銜接，製作過程簡單易掌握。權利要求1.複合型溼度傳感器溼敏元件，其中結構包括溼敏元件的基體為具有一定氣孔率和氣孔大小的三氧化二鋁多孔陶瓷，在其上下表面設置有RuO2電極，基體空隙中上浸有感溼液，溼敏元件外表面塗覆有防水層。2.權利要求1所述的複合型溼度傳感器溼敏元件，其中所述的放水層為醋酸纖維素丙酮溶液。3.權利要求1所述的複合型溼度傳感器溼敏元件，其中所述的感溼液聚丙烯酸鈉。4.權利要求1所述的複合型溼度傳感器溼敏元件，其中製備工藝條件為浸膜①將半成型的多孔陶瓷溼敏元件浸入1％的醋酸纖維素丙酮溶液中，15～20秒鐘後取出，自然乾燥；②成膜的溼敏元件放置在120℃烘箱內，烘乾30分鐘；老化①將製成的耐水型多孔瓷溼敏元件放置在恆溫溼箱內高溫高溼40℃，70％RH，3小時；低溫低溼5℃，30％RH，3小時；②取出溼敏元件，在普通環境中放置10小時；③循環5次即可。全文摘要複合型溼度傳感器溼敏元件,其中結構包括溼敏元件的基體為具有一定氣孔率和氣孔大小的三氧化二鋁多孔陶瓷,在其上下表面設置有RuO文檔編號H01L49/00GK1177102SQ9610689公開日1998年3月25日申請日期1996年7月2日優先權日1996年7月2日發明者何魯敏,梁曉峰,莫時興,徐森申請人:北京亞都科技股份有限公司