[发明专利]一种湿敏元件及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种湿敏元件及其制备工艺。本发明中的湿敏元件包括：晶振片，设置于晶振片的一侧面表层的湿敏材料层；所述湿敏材料层由燃料燃烧过程中的火焰顶端部位沉积形成的烛灰纳米颗粒结构构成，且烛灰纳米颗粒结构的表层经过亲水性处理。本发明产品具有制备简单、成本低廉；并且采用本发明工艺制备的传感器具有响应时间短、灵敏度高等优点。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种湿敏元件及其制备工艺。

背景技术

湿度传感器与大气监测、工业生产和生物医疗等领域息息相关。随着科技的不断发展，人们对高性能湿度传感器的需求不断增加，高效、可靠的湿度传感器具有越来越高的应用价值，而在湿度传感器中起到关键作用的高性能湿敏材料的开发就显得尤为重要。近年来，金属氧化物、金属氧化物/聚合物复合材料、新型纳米材料等被广泛应用于湿度传感器领域，逐渐成为湿敏材料的主要发展方向及研究热点。同时，相对于传统的电阻式或电容式湿度传感器，微天平式湿度传感器具有精度高的特点。

现有大部分晶振式的湿度传感器的湿敏材料都采用金属氧化物，如CN 109507059A中公开的一种石英晶体微天平湿度传感器及其制备方法，该文件中公开的是先在石英晶体表面沉积一层ZnO催化层，再在ZnO催化层表面沉积一层Cu种子层，然后放入混合溶液中，在ZnO催化层的作用下，生长超致密超亲水Cu(OH)₂纳米线，从而获得石英晶体微天平湿度传感器。又如：CN 102689919 A中公开的一种高灵敏度氧化锌湿敏材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将锌盐和有机溶剂按比例混合后，边搅拌边缓慢加热至120～200℃，保温0.5～2小时；(2)将步骤(1)中得到的溶液进行离心分离，取上层清液待用；(3)重复步骤(1)，加热至120～200℃后加入适量的步骤(2)中得到的上层清液，继续升高温度至120～200℃，保温0.5～6小时，得到乳白色胶体溶液，根据具体要求，上层清液的加入量可在0.5～50mL范围变化；(4)将得到的乳白色胶体溶液均匀滴加到晶振片上，在60～200℃下真空干燥1～6小时后，得到氧化锌湿敏材料。

由上可知，现有技术中采用金属氧化物作为湿度敏感层时，其制备过程需要原料在混合溶液中反应，以及需要将溶液进行烘干操作等；并且原料成本也相对较高。综上，现有使用金属氧化物作为晶振片的湿度敏感层的方法，工艺比较复杂，成本较高，同时还可能存在污染方面的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：现有的使用金属氧化物作为晶振片的湿度敏感层的方法工艺比较复杂，成本也较高，同时还可能存在污染方面的问题；本发明提供了解决上述问题的一种湿敏元件及其制备工艺，以及对应的测试方法。

一种湿敏元件，包括：晶振片，设置于晶振片的一侧面表层的湿敏材料层；所述湿敏材料层由燃料燃烧过程中的火焰沉积形成的烛灰纳米颗粒结构构成，且烛灰纳米颗粒结构的表层经过亲水性处理。

所述湿敏材料层的厚度为1μm～8μm。

所述晶振片为基准频率5～10MHz的石英晶振片。即，所述晶振片为石英晶振片，所述石英晶振片的基准频率为5～10MHz。

一种湿敏元件的制备工艺，包括：

将晶振片放置在燃料燃烧的火焰上方，将燃烧过程中形成的烛灰纳米颗粒通过熏镀的方式熏镀在晶振片上形成烛灰纳米颗粒结构，然后对烛灰纳米颗粒结构的表面进行亲水性处理后形成湿敏元件；

或者，将燃烧过程中形成的烛灰纳米颗粒收集后，将其采用喷涂的方式附着在晶振片上形成烛灰纳米颗粒结构，然后对烛灰纳米颗粒结构的表面进行亲水性处理后形成湿敏元件。

所述晶振片距离火焰的内焰顶端的距离为0.5cm～1.5cm，熏镀过程中匀速移动晶振片。

所述烛灰纳米颗粒结构的厚度为1μm～8μm。

所述亲水性处理的处理方式为氧等离子体轰击。