隨著社會快速的發(fā)展,電子式濕度傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、貨物存儲、氣象監(jiān)測、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居家生活等領(lǐng)域。其中電阻型的濕度傳感器由于對濕度檢測具有靈敏度高、信號易測量等優(yōu)點,成為了目前發(fā)展較為迅速的一種濕度傳感器。如今,隨著可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展,柔性、小型化和低成本的濕度傳感器已成為新的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的濕度傳感器大部分是通過在基于硬質(zhì)陶瓷襯底的叉指電極上構(gòu)建濕敏涂層來制備的,無法滿足柔性和可穿戴等需求。目前,聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）等材料正被嘗試應(yīng)用于濕度傳感器的襯底材料,然而傳統(tǒng)的濕敏涂層制備方法通常涉及有機溶劑或高溫固化,不僅不環(huán)保,還會對柔性襯底以及襯底表面的電極產(chǎn)生破壞,使傳感器的可靠性變差,所以需要開發(fā)出新的適合柔性襯底的濕敏涂層制備方法。本文開發(fā)了一系列綠色環(huán)保且不涉及高溫固化的碳納米管復(fù)合物以及聚電解質(zhì)等濕敏材料,以印有碳叉指電極的PET材料為襯底,探究合適的濕敏涂層制備方式,制備了柔性的電阻型濕度傳感器,為柔性傳感器的制備和性能優(yōu)化提供了新思路。1、單寧酸-聚乙烯亞胺修飾碳納米管濕敏涂層的制備及性能研究通過π-π相互作用將單寧酸吸附于碳納米管表面,然后通過單寧酸（... 

【文章來源】：江南大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

氧化鐵表面吸附的水蒸氣分子的多層結(jié)構(gòu)[17]

第一章緒論5圖1-2電阻型高分子濕度傳感器的結(jié)構(gòu)Fig.1-2Structureofresistance-typepolymerichumiditysensor.電阻型高分子濕度傳感器的制備，通常采用涂覆有叉指電極的襯底作為電極，將濕敏高分子材料通過浸涂、滴涂、旋涂、噴墨打印等成膜方式涂覆到電極襯底上，制備濕敏涂層。典型的濕度傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示[2]。電阻型濕度傳感器主要通過測量濕度的變化并將其轉(zhuǎn)化為濕敏涂層的電阻或阻抗的變化，一般而言，電阻在1kΩ到100MΩ范圍內(nèi)變化[2]。為了形成導(dǎo)電通路，高分子濕敏材料通常包括本征型導(dǎo)電和外援型導(dǎo)電材料兩種。其中，本征型高分子材料是指本身可以提供載荷子實現(xiàn)傳導(dǎo)的高分子，主要有共軛導(dǎo)電高分子和聚電解質(zhì)；外援型材料通常是指有機/無機復(fù)合材料，有機主要指一些非本征導(dǎo)電的高分子，而無機是指半導(dǎo)體金屬氧化物、堿金屬鹽和碳納米管等材料。1.4高分子型濕敏材料從上一部分內(nèi)容可知，對于電阻型濕度傳感器來說，高分子型濕敏材料主要分為以下幾種：共軛導(dǎo)電高分子、聚電解質(zhì)以及有機/無機復(fù)合材料。濕度傳感器的性能主要由濕敏材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定的，因而結(jié)合濕敏機理的研究來探討對高分子濕敏材料的功能設(shè)計尤為重要。下面主要對這三種高分子濕敏材料在電阻型濕度傳感器中的應(yīng)用，并結(jié)合各自的濕敏機理進行簡要介紹。1.4.1共軛導(dǎo)電高分子共軛導(dǎo)電高分子是指由共軛雙鍵或部分共軛雙鍵構(gòu)成的高分子，經(jīng)過化學(xué)（氧化或還原）摻雜后，可從絕緣體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雽?dǎo)體或者導(dǎo)體[23]。自從1977年H.Shirukawa等發(fā)現(xiàn)摻雜的聚乙炔具有優(yōu)良的導(dǎo)電性以來，共軛導(dǎo)電高分子的研究異常活躍，聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)、聚苯胺(PANI)和聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)等高分子被研究出來。這類材料在暴露于不同濕度環(huán)境中，會引起水分子的吸附/脫附，?

江南大學(xué)碩士學(xué)位論文6聚吡咯是一種常見的共軛高分子，具有良好并且可調(diào)的導(dǎo)電性，在濕敏材料上有很大的應(yīng)用價值。Hwang等[24]首先報道了基于十二烷基苯磺酸摻雜聚吡咯的濕敏材料，自此，科研人員開始了對聚吡咯濕敏性能的研究。Geng等[25]人研究了吡咯聚合時間對濕敏性能的影響，發(fā)現(xiàn)通過延長聚合時間，聚吡咯顆粒間的間隔會變小，并表現(xiàn)出更高的濕敏性能，他們用質(zhì)子交換轉(zhuǎn)移導(dǎo)電理論進行了解釋。在水分子存在下，聚吡咯會根據(jù)濕度的高低發(fā)生質(zhì)子交換，如圖1-3所示。目前，聚吡咯的濕敏機理被普遍接受的是質(zhì)子交換轉(zhuǎn)移機理。一邊，聚吡咯與水分子接觸時質(zhì)子會從聚吡咯分子鏈轉(zhuǎn)移至水分子，生成H3O+；另一邊，濕敏膜吸附水分子后，解離產(chǎn)生H+(H3O+)，H+(H3O+)通過摻雜反應(yīng)轉(zhuǎn)移到聚吡咯鏈。隨著環(huán)境濕度的增加，濕敏膜吸附的水分子增加，質(zhì)子交換轉(zhuǎn)移作用加強，導(dǎo)致其中可自由移動的H+(H3O+)和抗衡離子的數(shù)量增加，濕敏膜的電阻下降。Vasquez等[26]通過等離子技術(shù)在聚吡咯中摻雜氯原子制備成濕敏薄膜(PPy-Cl)，發(fā)現(xiàn)在30%-50%RH范圍內(nèi)PPy-Cl的電導(dǎo)率基本不變?yōu)?0-5S/cm，但是在之后電導(dǎo)率會增加，當(dāng)濕度達到95%RH時，電導(dǎo)率可以達到10-3S/cm。圖1-3聚吡咯的質(zhì)子交換轉(zhuǎn)移過程[25]Fig.1-3Protonexchangetransferprocessofpolypyrrole[25].聚苯胺也是一種常見的共軛高分子，它在濕度傳感器領(lǐng)域的研究也比較多�；诰郾桨窐�(gòu)建的濕度傳感器的濕敏機理與聚吡咯基本類似，也是通過聚苯胺鏈與水分子之間的質(zhì)子交換轉(zhuǎn)移作用(NH2++H2O=NH++H3O+)，實現(xiàn)對不同濕度的響應(yīng)[27]。隨著濕度的增加，聚苯胺鏈與水分子的作用增強，濕敏膜內(nèi)可自由移動的質(zhì)子和抗衡離子增加，使得電阻下降。Jain等[27]通過引入不同的摻雜酸樟腦磺酸、

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于石墨烯的無線無源濕度傳感器[J]. 廖振興.  傳感器與微系統(tǒng). 2020(06)
[2]柔性濕度傳感器制作技術(shù)研究[J]. 張巍,王洋洋,秦浩,徐曉龍,馬琳.  傳感器與微系統(tǒng). 2020(05)
[3]自供能柔性氧化石墨烯濕度傳感器的噴墨印刷制備及性能研究[J]. 王貴欣,裴志彬,葉長輝.  無機材料學(xué)報. 2019(01)
[4]常用新型柔性傳感器的研究進展[J]. 段建瑞,李斌,李帥臻.  傳感器與微系統(tǒng). 2015(11)
[5]石墨烯氧化物濕敏特性研究[J]. 陳瑋,雷聲,王滄,孫浩,陳裕泉.  分析化學(xué). 2013(02)

博士論文
[1]高分子濕敏材料的設(shè)計、制備及性能和應(yīng)用研究[D]. 呂鑫.浙江大學(xué) 2008

碩士論文
[1]磺化聚芳醚酮類濕敏材料的設(shè)計、制備與性能研究[D]. 孟凡婷.吉林大學(xué) 2019
[2]基于聚四氟乙烯微孔濾膜的柔性濕度傳感器研究[D]. 劉睿.東南大學(xué) 2018
[3]新型復(fù)合濕敏材料的設(shè)計和制備[D]. 李曉舟.北京化工大學(xué) 2016



本文編號：3093449