[发明专利]用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料及传感器制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料及传感器制备方法。

背景技术

电容式湿度传感器的优点在于响应速度快、体积小、线性度好、较稳定，但是达到上述性能的产品多为国外品牌，价格都十分昂贵。国内市场上出售的一些低价电容式湿度传感器往往达不到上述水平，其线性度、一致性和重复性都不甚理想，30％RH以下，80％RH以上感湿段变形严重。并且无论高档次或者低档次的电容式湿度传感器，长期稳定性都不理想，长期使用后吸湿和脱湿过程中会产生一定的延迟，降低湿度测量的准确性。而且多数电容式湿度传感器无法保证同批次生产加工后，有稳定的电容值，另外不同的应用对电容值大小的需求也不甚相同。而感湿膜材料的制备是湿度传感器生产过程中的难点所在，因此研发制备以功能陶瓷类材料为基体的多类型复合材料是下一代感湿功能材料研发的趋势所在。不同类型的陶瓷材料由于不同的材料种类、晶体结构、材料形态，因此所体现出来的湿敏特性也各有差异。传统的陶瓷类湿敏材料存在诸多问题尚待解决，例如在复杂环境下湿滞特性的退化，在高温和高湿情况下检测漂移以及孔洞结构、孔径不规则和由于分布缺陷而导致的检测灵敏度下降与低湿检测精度差等问题。

目前制造复合湿敏材料普遍采用溶胶-凝胶法，溶胶-凝胶法制备的复合湿敏材料可以通过不同材料的混合，获得需要的均相多组分体系，合成温度较低，且溶胶或凝胶的流变性质有利于通过半导体微纳加工中常用的旋涂技术制备所需的湿度传感器感湿膜，但在加工过程中发现该技术存在一些问题尚待解决：第一、制备方法繁琐，需使用多种设备进行溶液的配置和多次的加热等复杂的处理过程，导致整个溶胶-凝胶过程所需时间较长，短则几天，长则数周；第二、所配置的凝胶无法长期稳定储存，性质极易发生变化，从而导致材料的均匀度和成分组成比例上出现偏差；第三、操作过程中的多次加热处理不利于维持混合材料中高分子聚合物材料性能的稳定；第四、所需原料(金属醇盐)价格昂贵且醇的回收技术难度高，无形中增加了制备过程中对设备和操作的投资，因其设备成本高所以难以实现工业化。如何提高灵敏度并降低滞回特性的影响，是湿度传感器研究的难点，一直没有行之有效的方法。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料及其传感器制备方法。

本发明所采用的技术如下：一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料，配方如下：氧化钛或钛酸钡与钛酸锶钡按照1:1-1:3质量比混合，称为初始功能陶瓷材料，聚酰胺或聚四氟乙烯与所述的初始功能陶瓷材料按照0.3wt％-0.5wt％的质量比混合，称为混合物，惰性金属与所述的混合物按照15wt％-25wt％的质量比混合。

本发明还具有如下特征：

1、一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料膜的制备方法，其特征在于，方法如下：将氧化钛或钛酸钡与钛酸锶钡按照1:1～1:3质量比充分均匀混合制成初始功能陶瓷材料，然后将聚酰胺或聚四氟乙烯与所述的初始功能陶瓷材料按照0.3wt％-0.5wt％的质量比充分均匀混合制成混合物，将惰性金属与所述的混合物按照15wt％～25wt％的质量比再次充分均匀混合制成复合湿敏材料，然后采用气溶胶沉积工艺在底板上沉积一层复合湿敏膜，最后热烘焙去除复合湿敏膜中的水分。

2、如上所述的一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料膜的制备方法，原料采用球磨方法进行混合。

3、如上所述的一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料膜的制备方法，所述的惰性金属为银或铜。

4、如上所述的一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料膜的制备方法，采用的各种原料平均颗粒尺寸小于100纳米。

5、如上所述的一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料膜的制备方法制备的一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料膜。

6、采用如上所述的一种用于电容式湿度传感器的复合湿敏材料膜制备的可调节型电容式湿度传感器，制作方法如下：

步骤一、使用表面清洁且无杂质的半导体基板，通过电子束蒸发的方法生长一层厚度为300～500纳米的钛、铂、金或铬的下层金属层；

步骤二、然后采用气溶胶沉积工艺在下层金属层上沉积一层1.2～1.6微米厚的复合湿敏膜，然后进行热烘焙去除复合湿敏膜中的水分；

步骤三、在复合湿敏膜表面涂上光刻胶，使用光掩膜曝光，显影液处理获得光刻胶模型，应用氟基化合物、氧气以及氩气的电感耦合等离子体刻蚀方法实现对复合湿敏膜进行刻蚀，从而获得想要的复合湿敏膜造型；