複合高分子電阻型薄膜溼敏元件的製作方法
2023-12-03 22:24:41
專利名稱：複合高分子電阻型薄膜溼敏元件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種複合高分子電阻型薄膜溼敏元件。
背景技術：
眾所周知，高分子型溼度傳感器是目前應用較廣的一類新型溼度傳感器。它以響應快、靈敏度高，抗環境汙染能力強等優點，已逐步取代無機陶瓷型溼度傳感器，佔據主導地位。其中高分子電阻型溼度傳感器，更以其良好的響應特性，測溼範圍寬，製造簡便，易於集成化，小型化批量生產，價格低廉等特點，成為研究的熱點。但它也具有高溼靈敏度較低，耐高溼環境能力差，穩定性和可靠性不甚理想等缺點。
發明內容
本實用新型目的是提供一種複合高分子電阻型薄膜溼敏元件。
複合高分子電阻型薄膜溼敏元件具有多孔陶瓷基體，在多孔陶瓷基體表面上蒸鍍有叉指金電極，在叉指金電極上連接有引線，在多孔陶瓷基體和叉指金電極上塗覆有感溼膜，感溼膜上塗覆有保護膜。
本實用新型的優點是1)採用聚苯乙烯磺酸鈉與羧甲基纖維素鈉製作敏感層，其感溼範圍寬，從10％～97％RH，幾乎覆蓋整個溼度範圍。且響應線性度好，高溼靈敏度高，溼滯小，精度高。敏感層與電極結合良好，提高了元件穩定性；2)採用賽璐珞為保護層，提高了元件耐高溼環境能力；3)採用賽璐珞為保護層，提高了元件長期穩定性在大氣中通電工作4個月，其響應變化～1％RH；在大氣中儲存8個月，響應變化～1％RH；4)採用羧甲基纖維素鈉作為溼敏元件敏感層的添加劑，採用賽璐珞為保護層，不影響元件溼敏響應特性，而且響應迅速；5)採用該溼敏材料製備的溼敏元件具有溫度較小係數，為0.3～0.4％RH/℃。
6)採用該溼敏材料可浸塗法製備溼敏元件，方法簡便，適於批量生產，且一致性好。
圖1是複合高分子電阻型薄膜溼敏元件的結構示意圖；
圖2是複合高分子電阻型薄膜溼敏元件典型響應結果圖；圖3是複合高分子電阻型薄膜溼敏元件響應特性隨溫度變化圖。
具體實施方式
複合高分子電阻型薄膜溼敏元件具有多孔陶瓷基體1，在多孔陶瓷基體表面上蒸鍍有叉指金電極2，在叉指金電極上連接有引線5，在多孔陶瓷基體和叉指金電極上塗覆有感溼膜3，感溼膜上塗覆有保護膜4。
所說的叉指金電極為5～8對叉指金電極，叉指金電極的叉指寬度為200～400μm，叉指間距為200～400μm，電極尺寸為12mm×5mm×0.5mm。
感溼膜的感溼液為(1)高分子聚電解質-聚苯乙烯磺酸鈉，其分子量為70,000～400,000；(2)添加劑-羧甲基纖維素鈉；兩者以1∶0.5～2的重量比，配置成重量百分濃度為0.2％～4％的水溶液。
保護膜的保護層液為重量百分濃度為1％～4％的賽璐珞丙酮溶液。
本實用新型是在多孔陶瓷叉指金電極上製成具有敏感層和保護層雙層結構的溼敏元件，一方面具有高分子電阻型溼敏元件的響應快，靈敏度高的優點，另一方面，它測溼範圍廣(從10％RH的低溼到97％RH的高溼環境)，在高溼環境下的穩定性、長期穩定性和元件一致性均較好，元件阻抗與環境溼度呈對數線性響應，而且製作簡便，適於批量生產。
本實用新型的特徵是採用高分子複合溼敏材料，由敏感層材料和保護層材料構成。其敏感層材料感溼主體為高分子聚電解質材料聚苯乙烯磺酸鈉，分子量70,000～400,000，其具有良好的化學穩定性，同時加入添加劑羧甲基纖維素鈉，兩者以1∶0.5～2的重量比混合配置成水溶液(重量百分比濃度為0.2％～4％)，在叉指金電極上浸漬塗膜製得敏感層。其保護層材料為賽璐珞，配置成重量百分濃度為1％～4％的丙酮溶液，浸漬塗附於已具有敏感層材料的叉指金電極上，形成保護層。元件經熱處理，老化處理，即製得高分子電阻型複合溼敏元件。由於各材料均可配置成粘度較小的溶液，可採用浸塗方式製備元件，簡便易行，適於批量生產。
添加劑羧甲基纖維素鈉的作用在於其與高分子聚電解質材料聚苯乙烯磺酸鈉以一定比例複合，可有效提高元件響應線性度，同時它可增強敏感層與電極表面的粘結程度，提高元件穩定性，而且由於其具有較強吸溼性，能增加吸附水份數量，增強離子導電能力，降低元件阻抗，擴大測量範圍，尤其是可進行低溼環境下溼度測定。
為解決溼敏元件敏感膜中高分子聚電解質在高溼環境下的溶解流失導致元件響應變差的問題，本實用新型採用賽璐珞作為溼敏元件保護膜。其具有良好透氣性，可使空氣中水分子或敏感層中吸附水分子自由通過，不會影響對環境溼度的敏感性，也不會引起較大溼滯。而且防止聚電解質在高溼環境下溶解流失，大大提高了元件在高溼環境下的穩定性，此外還避免敏感層直接暴露於大氣環境中，減少了外界環境對敏感層的破壞，明顯提高了元件的長期穩定性。
本實用新型所提供的高分子電阻型複合溼敏材料製備的元件其性能為1)溼度測量範圍10～97％RH2)使用溫度範圍-5～50℃3)溫度係數0.3～0.4％RH/℃4)響應時間吸溼＜15s，脫溼＜40s5)溼滯＜±2％RH6)長期穩定性在線工作4個月，其響應變化～1％RH；在大氣中儲存8個月，其響應變化～1％RH；
權利要求1.一種複合高分子電阻型薄膜溼敏元件，其特徵在於它具有多孔陶瓷基體(1)，在多孔陶瓷基體表面上蒸鍍有叉指金電極(2)，在叉指金電極上連接有引線(5)，在多孔陶瓷基體和叉指金電極上塗覆有感溼膜(3)，感溼膜上塗覆有保護膜(4)。
2.根據權利要求1所述的一種複合高分子電阻型薄膜溼敏元件，其特徵在於所說的叉指金電極為5～8對叉指金電極，叉指金電極的叉指寬度為200～400μm，叉指間距為200～400μm，電極尺寸為12mm×5mm×0.5mm。
3.根據權利要求1所述的一種複合高分子電阻型薄膜溼敏元件，其特徵在於所說感溼膜的感溼液為(1)高分子聚電解質-聚苯乙烯磺酸鈉，其分子量為70,000～400,000；(2)添加劑-羧甲基纖維素鈉；兩者以1∶0.5～2的重量比，配置成重量百分濃度為0.2％～4％的水溶液。
4.根據權利要求1所述的一種複合高分子電阻型薄膜溼敏元件，其特徵在於所說保護膜的保護層液為重量百分濃度為1％～4％的賽璐珞丙酮溶液。
專利摘要本實用新型公開了一種複合高分子電阻型薄膜溼敏元件。複合高分子電阻型薄膜溼敏元件具有多孔陶瓷基體，在多孔陶瓷基體表面上蒸鍍有叉指金電極，在叉指金電極上連接有引線，在多孔陶瓷基體和叉指金電極上塗覆有感溼膜，感溼膜上塗覆有保護膜。本實用新型的優點是1)採用聚苯乙烯磺酸鈉與羧甲基纖維素鈉製作敏感層，其感溼範圍寬，從10％～97％RH，且響應線性度好，高溼靈敏度高，溼滯小，精度高。敏感層與電極結合良好，提高了元件穩定性；2)採用賽璐珞為保護層，提高了元件耐高溼環境能力和長期穩定性；3)元件響應迅速，溫度係數較小，為0.3～0.4％RH/℃。4)採用該溼敏材料可用浸塗法製備溼敏元件，方法簡便，適於批量生產，且一致性好。
文檔編號G01N27/12GK2543063SQ0221769
公開日2003年4月2日 申請日期2002年5月24日 優先權日2002年5月24日
發明者楊慕傑, 李揚, 黃德歡 申請人:楊慕傑, 李揚, 黃德歡