[发明专利]一种基于二氧化锡/类石墨烯二硫化钼薄膜的湿度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿度传感器及其制作方法，具体涉及一种基于二氧化锡/类石墨烯二 硫化钼薄膜的电容型湿度传感器。

背景技术

湿敏传感器在传感器领域具有重要的影响力和广泛的应用背景，不仅直接影响着人类 基本的生活条件，而且对工农业、生物制品、医疗卫生、环保行业、电力系统监测、国防建 设和航空航天等方面的具有极大影响。例如在电力变压器绝缘状态的监测方面：我国各发电 厂和变电站中使用的电力变压器90％为油浸式变压器，该类变压器的绝缘系统以绝缘油和绝 缘纸为主，在长期运行中其湿度的变化会导致绝缘性能严重劣化，引发电力设备故障甚至发 生爆炸，因此，电力变压器绝缘油环境的湿度监测对诊断电力变压器故障、预防灾难性事故 发生尤为重要；在医疗卫生方面：随着地球气温的升高和空气湿度的下降，各种与空气相关 的疾病发病率提高了30％以上，长期处在干燥的环境中，人不仅会生病，人的表皮也会由于 缺水而逐渐失去弹性和光泽，加速角质层老化，因此，监测和控制增加室内空气湿度可以防 止细菌、病毒滋生和传播，降低呼吸道类疾病的发生概率，保护人们身体健康。此外，湿度 监测对于农业生产、生物制品、医药卫生、国防建设、航空航天等方面的都具有重要的影响。

湿度传感器的湿敏元件主要有电阻式和电容式两大类，而电容式湿度传感器是目前商 业化最为成功的一类湿度传感器，由于其具有灵敏度高、功耗低、成本低等优点。随着MEMS 加工技术的不断成熟，用MEMS工艺加工的湿度传感器具有体积小、成本低、功耗低、易于 批量生产等优点，因此非常适合小型化、低功耗湿度传感器。湿敏元件是湿度传感器检测外 界环境湿度的核心元件，目前多采用高分子聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯材料、金属氧化 物作为电容式湿度传感器的湿敏材料，高分子聚合物类湿敏器件采用较为广泛，但由于其吸 湿层的耐高温性差，这使得该类传感器不能应用于高温环境，并且在高湿条件下出现严重的 湿滞；半导体陶瓷类湿敏器件具有性能稳定、高温适用性、检测范围宽等优点，但易受环境 烟雾及有机气体的干扰，需定期加热已再生其湿度敏感特性；金属氧化物湿敏器件具有耐高 温和高灵敏等特性，但只能工作需要高温下，功耗大，寿命短等缺点。研制和开发新型纳米 湿敏材料具有较为重要的现实意义，而且是湿度传感元件发展的一个重要方向。

类石墨烯二硫化钼，作为一种新型二维材料，具有高的电导率、优异的机械特性、大 比表面积以及卓越的气体吸附性能，显示出在气湿敏传感元件上的应用前景，其发现为研发 新型湿敏传感元件及系统提供了一种新途径。随着纳米复合敏感材料的发展，基于金属氧化 物/类石墨烯二硫化钼的复合敏感材料将获得更为优异的湿敏性能。本发明公开了一种基于二 氧化锡/类石墨烯二硫化钼复合薄膜的湿度传感器，具有工艺简单、高灵敏度、稳定可靠等技 术优势，可适用于多种场合下湿度的监测。

发明内容

本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种基于二氧化锡/类石墨烯二硫化钼薄膜 的传感器，包括湿度传感元件、电容-电压转换电路、微处理器、无线通讯模块、声光报警器。 所述湿度传感元件采用二氧化锡/类石墨烯二硫化钼薄膜作为湿敏传感薄膜，制备在具有回形 叉指电极的聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底上，通过检测湿敏薄膜的电容变化实现对环境湿度的 检测，并根据设定值做出警报，具有高灵敏度高、快速响应、稳定可靠等优势。

本发明是通过以下技术方案实现上述目的，采用在具有回形叉指电极的聚对苯二甲酸 乙二醇酯衬底上制备二氧化锡/类石墨烯二硫化钼薄膜作为湿敏传感薄膜，与检测电路和计算 机相连，实现监测数据传送给上位机及无线远程传输，对环境湿度进行监测。

本发明所述湿度传感元件采用聚对苯二甲酸乙二醇酯为衬底，厚度为80微米，其上制 作有回形叉指电极图案和电极焊盘。

本发明所述湿度传感元件电极是银-镍-钯合金电极，由第一电极和第二电极构成，电 极间距为30微米，厚度为20微米。

本发明所述湿度传感元件的湿敏传感薄膜厚度为8-12微米，是二氧化锡/类石墨烯二硫 化钼构成的纳米薄膜。