[发明专利]湿度传感器及其制作方法

说明书

本发明涉及一种用来检测和确定周围大气的湿度的湿度传感器及其制作方法。

传统的湿度传感器被设计成通过电性能(一般是电阻)的改变来检测湿度。已知的传感器采用诸如氯化锂、金属氧化物和有机聚合物之类的电解质作为湿度敏感材料。但是，采用诸如氯化锂之类的电解质的湿度传感器仅能测量窄的湿度范围且耐水性差，其性能会由于结露和润湿而改变。采用金属氧化物的湿度传感器耐水但敏感性差。在单独使用时，由于缺乏长期稳定性，它们需要一种热清洁回路，这会增加运作费用。这种传感器的结构是复杂的。

在湿度敏感材料中，有机聚合物、特别是带有季铵盐基团的聚电解质已被广泛地用在商业和工业应用中，并且颇受赞赏。例如，日本专利公告(JP-B)61-54176公开了一种湿度敏感材料，它包含胶乳颗粒的聚集体，该胶乳颗粒由一种疏水单体与一种离子型或非离子型亲水单体的共聚物形成，且具有亲水表层。其中列举了一些伯至季铵盐型的阳离子化合物。

JP-B62-7976公开了一种聚合物型的湿度敏感材料，它是由含有2-羟基-3-异丁烯酰氧丙基三甲基氯化铵的化合物聚合至1000-10000的聚合度而得到的。

JP-B2-24465公开了一种湿度敏感聚合物薄膜，该聚合物具有以下结构式：

-(N⁺(R¹)(R²)X^--A-N⁺(R³)(R⁴)X^--B)_n-其中R¹至R⁴是烷基，X^-是卤化物离子，A和B各自为-(CH₂)_m-，其中m≥2。为了改进对基材的粘附性和耐水性，该聚合物可以与诸如聚乙烯基吡咯烷酮之类的其它聚合物共混。该共混物也能有效地形成湿度敏感薄膜。

但是，采用以上列举的聚电解质作为湿度敏感材料的湿度传感器仍有差的耐水性，这种聚电解质在高湿度区、特别是在结露气氛中会被部分浸出。它们还受到滞后现象之害，根据湿度是在升高还是在降低，它们在同一湿度下产生不同的输出值。在相对湿度(RH)低于10％的低湿度区，它们具有非常高的电阻值，以至于不可能进行有效的湿度测量。

US5,546,802(对应于TDK公司的日本专利2,808,255)公开了一种湿度传感器，它包含一种聚合物电解质，这种聚合物电解质带有被引入端部的烯属不饱和反应基团，并带有季铵盐基团。该传感器十分耐水，能在凝结气氛中稳定地工作，并在宽的湿度范围内产生恒定的输出值

但是，为了使采用了以上定义的聚合物电解质的湿度传感器在凝结气氛中产生恒定的输出值湿度敏感膜的厚度必须被限定为低于某一限度。如此薄的膜对各种气体都非常敏感，使得输出性能因此而大幅度改变。因此，这种传感器的缺点是在湿热条件下缺乏长期稳定性。如果湿度敏感膜的厚度增加到超出上述限度，很可能会发生剥落和断裂。

本发明的首要目的是提供一种湿度传感器装置，它具有一种湿度敏感薄膜，该薄膜耐水，即使在结露气氛中也能长期保持有效、稳定的性能，并在宽的湿度范围内以稳定的方式产生准确的输出值。

一方面，本发明提供了一种湿度传感器，它包含一个绝缘基材，一对布置在基材上并在两者之间划定有间隙的对立电极，至少位于间隙处的一层合硅底涂层，以及位于底涂层上的一层湿度敏感薄膜。该湿度敏感薄膜含有一种带有烯属不饱和基团的导电聚合物的交联产物，并且该薄膜借助一种互穿聚合物网络而被物理地结合到底涂层上。