[发明专利]稠环方酰胺聚合物、基于稠环方酰胺聚合物的湿敏传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了稠环方酰胺聚合物、基于稠环方酰胺聚合物的湿敏传感器及其制备方法，具体而言，本发明的湿敏传感器包含叉指电极和覆于叉指电极表面的镀膜材料，镀膜材料为稠环聚合物1,5‑PDAS，其被刷涂在叉指电极上。本发明的湿敏传感器具有如下优点：制备便捷，操作简单；响应时间短，小于2秒；回复时间短，小于1秒；器件性能稳定；在高湿度环境下，器件湿度滞后小，为6%。

技术领域

本发明属于有机半导体材料技术领域，具体涉及两种基于稠环方酰胺聚合物的湿敏传感器，其制备方法，及其在空气湿度检测中的用途。

背景技术

随着科技的发展，众多领域对环境湿度的要求更加苛刻，例如航天工业、农业、精密机械以及实验室都需要对环境湿度进行有效监控。湿度传感器的核心是湿敏器件，它利用湿敏材料的吸附作用直接吸附水分子，使其表面电导、体积、介电常数等感湿特征量发生变化，经过变化电路的检测和转换，输出电学信号从而检测出湿度。目前已知的湿敏材料主要有电解质类、陶瓷基材料、多孔金属氧化物和高分子聚合物。其中电解质类材料中的电解质盐易吸水而被稀释，甚至流出，破坏了材料的感湿性能；陶瓷和多孔金属材料虽具有优异的耐热性能，而且对湿度响应迅速，但其电阻温度系数较高，再现性和互换性较差，且不耐污染。高分子聚合物湿敏材料以其材料来源丰富，相对湿度范围宽，湿滞回差小，响应速度快等优异性能而得到了越来越多的关注。为了满足目前市场对传感器价廉、实用、易制备等方面的要求，亟需开发出一种新型的湿敏传感器。

发明内容

针对上述情况，本发明采用稠环方酰胺聚合物1, 5 - PDAS来制备湿敏传感器，并且通过在不同湿度下观察传感器的复阻抗变化来检测不同湿度的空气。本发明测试了湿敏传感器在不同频率下的阻抗变化，从而选择出其在100 Hz下的复阻抗最大。本发明还测试了器件吸脱附的性能，测试其在11%~95%的湿度氛围内具有优异的吸脱附能力。

其中，n为40~50。

具体而言，本发明采用如下技术方案：

稠环方酰胺聚合物，为以下化学结构式：

其中，n为40～50。

上述稠环方酰胺聚合物的制备方法包括以下步骤，1,5-二氨基蒽醌和方酸在溶剂中反应，得到稠环方酰胺聚合物。

上述技术方案中，溶剂为醇；反应为120℃～140℃反应15～20 h，优选130℃反应18 h。

本发明还公开了方酰胺聚合物1, 5 - PDAS的制备方法，包括如下步骤：将1，5-二氨基蒽醌和方酸溶于正丁醇中，加热反应；反应结束后，待温度降至室温，将产品过滤并用四氢呋喃、丙酮洗涤，干燥后得到方酰胺聚合物1, 5 - PDAS。

本发明公开了上述稠环方酰胺聚合物在制备湿敏传感器中的应用。

本发明公开了湿敏传感器用湿敏器件，由叉指电极和覆盖于叉指电极表面的镀膜材料组成，所述镀膜材料为上述稠环方酰胺聚合物。

本发明公开了基于稠环方酰胺聚合物的湿敏传感器，包括叉指电极和覆盖于叉指电极表面的镀膜材料，所述镀膜材料为上述稠环方酰胺聚合物。进一步的，基于稠环方酰胺聚合物的湿敏传感器还包括基板；所述叉指电极由氧化铝基底与银钯合金组成；所述叉指电极的叉指宽度为200～300 μm，叉指间距为100～200 μm；所述镀膜材料的厚度为100～400 μm；叉指电极以氧化铝为基底，厚度为1~2 mm，氧化铝（Al₂O₃）基底上设置银-钯（Ag-Pd）合金，厚度为100~200 nm。

上述基于稠环方酰胺聚合物的湿敏传感器的制备方法，包括如下步骤：将叉指电极固定在基板上；然后将上述稠环方酰胺聚合物的溶液刷涂在叉指电极上，得到基于稠环方酰胺聚合物的湿敏传感器。该基于方酰胺聚合物的湿敏传感器的制备方法具体包括如下步骤：