[发明专利]一种电阻型湿敏材料、其制备方法以及电阻型湿度传感器

说明书

本发明提供一种电阻型湿敏材料、其制备方法以及电阻型湿度传感器。该电阻型湿敏材料是具有钙钛矿相结构的铁酸镧纳米纤维，其分子式为La_1‑xSr_xFeO₃，x代表Sr²⁺的掺杂量，0≤x≤0.5。本发明将La(NO₃)₃·6H₂O、FeCl₃·6H₂O和SrCl₂按照摩尔比溶于有机溶剂，加入聚乙烯吡咯烷酮作为模板剂，通过静电纺丝技术制备纳米纤维，随后煅烧去除有机物，得到所述铁酸镧纳米纤维。在0％RH‑90％RH的湿度范围，该铁酸镧纳米纤维的电阻变化倍数为10‑10⁵范围，并且随着湿度增大而显著增大，在电阻型湿度传感器具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于湿度敏感材料及湿度传感器技术领域，具体涉及一种电阻型湿敏材料、其制备方法以及电阻型湿度传感器。

背景技术

湿度与科研、生产、人们生活、植物生长有密切关系，因此对环境湿度检测具有重要意义。湿度传感器是一种将环境中的湿度转换为可识别的电信号的器件，包括可以感知环境水分含量的敏感材料和将敏感材料的感知变化转换为电信号的换能元件。

迄今为止，已经有多种材料被开发作为湿度敏感材料(简称湿敏材料)应用于湿度检测中。专利文献CN202110024106.5公开湿敏多孔陶瓷、雾化芯及其制备方法，采用MgO，Cr₂O₃，TiO₂，NH₄VO₃粉体作为湿敏材料制成多孔陶瓷进行湿度传感。专利文献CN109626419B公开一种电容型湿敏传感原件材料及其制备方法，采用二氧化钛﹑碳酸钠﹑五氧化二铌材料制成薄膜作为湿度敏感层。专利文献CN202010808239.7公开多孔TiO2/NaPSS的复合敏感材料的制备方法及其产品，采用多孔TiO2复合羧甲基纤维素钠制成薄膜作为湿敏材料。专利文献CN201911395770.X公开一种新型有序介孔有机-无机复合湿敏材料及其制备方法和应用，采用SBA-15-SH并在其孔径内修饰甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵作为湿敏材料。文献M.Su,J.Wang,H.Du,P.Yao,Y.Zheng,X.Li,Sensors and Actuators B:Chemical,161(2012)1038-1045.采用ZrO₂与TiO₂复合纳米纤维作为湿敏材料，并制成湿度传感器。

这些湿敏材料都是阻抗型湿敏材料，该类型材料的电量信号采集电路较复杂。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在探索新型湿敏材料，具有成本低、易于制备，并且使用方便，灵敏度高的优点。

本发明中，设材料在某干燥气氛中的电阻为Ra，当材料处于相同气氛中，并且其他条件相同，但是所述气氛具有一定湿度时的电阻为Rg。定义该材料的电阻变化值＝Rg-Ra，电阻变化倍数(又称响应值)＝Rg/Ra。

为了实现上述技术目的，本发明人发现，具有钙钛矿相结构的铁酸镧纳米纤维(其分子式为LaFeO₃)具有电阻型湿敏性。当湿度发生变化时，该材料的电阻呈现变化，并且随着湿度增加，电阻变化倍数显著增加，在10％RH-90％RH的湿度环境中的电阻变化倍数可在10-10⁵范围，甚至达到以下倍数：

当湿度环境为10％RH时，电阻变化倍数大于15；

当湿度环境为30％RH时，电阻变化倍数大于200；

当湿度环境为50％RH时，电阻变化倍数大于2000；

当湿度环境为70％RH时，电阻变化倍数大于20000；

当湿度环境为90％RH时，电阻变化倍数大于60000。