[发明专利]一种γ-聚谷氨酸基湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明属于湿敏元件及其制备技术领域，公开了一种γ‑聚谷氨酸基湿度传感器及其制备方法。本发明的γ‑聚谷氨酸基湿度传感器包括敏感器件和设置在敏感器件上的湿度敏感层，湿度敏感层由γ‑聚谷氨酸或其复合敏感材料组成，γ‑聚谷氨酸基湿度传感器制备方法包括以下步骤：对敏感器件进行预处理；制备γ‑聚谷氨酸基敏感材料分散液；用制备好的分散液在敏感器件上沉积单层或多层湿度敏感层，干燥与老化后得到湿度传感器。本发明利用γ‑聚谷氨酸的丰富亲水官能团与阴离子特性所获得的湿度传感器具有响应高、速度快、重复性好等优点。

技术领域

本发明涉及湿敏元件及其制备技术领域，具体涉及一种γ-聚谷氨酸基湿度传感器及其制备方法。

背景技术

湿度与人类生活、生产、动植物生存、科研等领域具有密切关系，环境湿度具有与环境温度同等重要的意义。

电阻型的湿度传感器可分为半导体陶瓷材料基与高分子聚合物基。半导体型的陶瓷材料虽然具有丰富的微观形貌，但陶瓷材料基敏感膜易脱落、不耐弯曲，且传感器准确度较低，不易集成。高分子聚合物不仅具有软物质特性，可提升传感器的柔性特性；而且部分高分子聚合物具有丰富的亲水官能团，具有成为湿敏材料的潜力。

电阻型高分子聚合物湿度传感器主要分为两类，一类是胀缩性有机物湿敏元件，例如申请号为202010813831.6的发明专利公开了一种不对称的薄膜型湿度传感器及其制备方法。该发明将氧化石墨烯和纳米纤维素分散液进行抽滤得到复合薄膜。在相同的湿度下，复合膜吸湿膨胀程度不同而发生偏转；传感器在不同的湿度下具有不同的曲率。另一类是高分子电解质湿敏元件。例如申请号为201910240221.9的发明专利公开了一种具有快响应特性的柔性湿度传感器。该发明涉及了基于咪唑类离子液体的柔性湿度传感器。通过在柔性基底引入一层纳米线结构，在纳米线结构中加入离子液体，可以提升传感器的响应速度。聚合物基的湿度传感器材料来源广泛，适于批量生产，有利于发展高性能的湿度传感器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备简单、响应高、速度快、线性度好的γ-聚谷氨酸基湿度传感器及其制备方法。

本发明为了实现上述目的采用的技术方案如下：

一种γ-聚谷氨酸基湿度传感器，包括敏感器件和设置在敏感器件上的湿度敏感层，所述湿度敏感层由γ-聚谷氨酸或其复合敏感材料制得。

进一步的是，所述敏感器件为刚性基底或柔性基底的叉指电极、石英晶体微天平或声表面波器件。

进一步的是，所述刚性基底为刚性的硅基衬底、陶瓷衬底或三氧化二铝衬底，柔性基底为柔性的聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、布基或纸基。

进一步的是，所述叉指电极数量为1～50对，每对叉值电极的叉值间距为5～500μm。

进一步的是，所述湿度敏感层的厚度为50nm～500μm。

进一步的是，所述复合敏感材料为γ-聚谷氨酸复合金属氧化物和/或碳材料和/或无机盐。

本发明还提供了一种γ-聚谷氨酸基湿度传感器的制备方法,包括以下步骤：

S1、对敏感器件的基底进行预处理，包括清洗、干燥和亲水处理；

S2、制备γ-聚谷氨酸分散液或γ-聚谷氨酸基复合敏感材料分散液；

S3、将敏感材料分散液沉积在敏感器件基底上形成湿度敏感层；

S4、将具有湿度敏感层的敏感器件进行干燥与老化处理。

进一步的是，步骤S2中，所述敏感材料分散液的溶剂为去离子水、乙醇、丙酮或N-甲基吡咯烷酮。

进一步的是，步骤S3中，所述敏感材料分散液的沉积工艺包括用涂料笔涂覆、喷涂、旋涂、滴涂、浸涂或自组装。