[发明专利]基于金掺杂方酸菁聚合物的湿敏传感器及其制备和用途

说明书

本发明公开了基于金掺杂方酸菁聚合物的湿敏传感器及其制备方法和用途，所述基于金掺杂方酸菁聚合物的湿敏传感器包括叉指电极以及覆于叉指电极上的镀膜材料；所述镀膜材料为金掺杂方酸菁聚合物。本发明的湿敏传感器在100 Hz频率下的阻抗变化范围最大，先将器件置于相对湿度（RH）为11%的湿度氛围内，测得其阻抗大约为5×10⁸Ω，然后置于95%的湿度氛围内，测得其阻抗大约为2×10³Ω，说明器件的回复性优异。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。

技术领域

本发明属于有机半导体器件技术领域，具体涉及基于金掺杂方酸菁聚合物的湿敏传感器及其制备方法和用途。

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，列如航天工业、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，它是利用湿敏材料的的吸附作用直接吸附水分子，使其表面电导或体积、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，输出电信号而检测出湿度。目前只能工作在低湿环境下的LiCl湿度传感器已基本淘汰，湿敏材料的主要研究对象为无机半导体和有机高分子材料。以无机半导体为湿敏材料的陶瓷式湿度传感器为例，其有着耐高温、化学性能好、价格低及寿命长等优点，但同时也存在着一致性和稳定性差等缺点，且这类传感器容易受到污染，需要清洗。同时金纳米粒子是当前的热门研究课题之一，以其独特的电学、光学性质及生物相融性受到了物理、化学及生命科学等相关领域的广泛关注。因此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，本发明采用一种在方酸菁聚合物表面掺杂金纳米粒子（PPPS-Au）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。本发明的湿敏传感器在100 Hz频率下的复阻抗最大，先将器件置于相对湿度（RH）为11%的湿度氛围内，测得其阻抗大约为5×10⁸ Ω，然后置于95%的湿度氛围内，测得其阻抗大约为2×10³ Ω，说明器件的回复性优异。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。

本发明公开了一种基于金掺杂方酸菁聚合物的湿敏传感器，包括叉指电极以及覆于叉指电极上的镀膜材料；所述镀膜材料为金掺杂方酸菁聚合物；所述方酸菁聚合物的化学结构式如下：

其中，n为40~50。

本发明的基于掺杂金纳米粒子的方酸菁聚合物（PPPS-Au）的湿敏传感器包括叉指电极和镀膜材料，还包括基板等；所述镀膜材料为上述PPPS-Au，其被刷涂在所述叉指电极上，并且其厚度为100~400μm。

优选的，在上述基于PPPS-Au的湿敏传感器中，所述叉指电极以厚度为1~2 mm的氧化铝（Al₂O₃）为基底，其上设置有厚度为100~200nm的银-钯（Ag-Pd）合金电极。

优选的，在上述基于PPPS-Au的湿敏传感器中，所述叉指电极的叉指宽度为200~300 μm，叉指间距为100~200 μm。

本发明还公开了一种基于金掺杂方酸菁聚合物的湿敏传感器的制备方法，包括如下步骤：

（1）清洁基板，并将叉指电极固定在所述基板上；

（2）按照金掺杂方酸菁聚合物:溶剂为4:1~2的重量比将金掺杂方酸菁聚合物溶解于溶剂中，使其分散均匀，得到金掺杂方酸菁聚合物溶液；

（3）将金掺杂方酸菁聚合物溶液刷涂在叉指电极上，于室温下放置，清除溶剂后，于50~80℃干燥0.5~2小时，得到基于金掺杂方酸菁聚合物的湿敏传感器。