[发明专利]一种基于复合纺丝薄膜的自供电湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于复合纺丝薄膜的自供电湿度传感器及其制备方法，涉及能量收集技术、敏感电子学技术。基于Nb₂CT_x/海藻酸钠复合纺丝薄膜的自供电湿度传感器包括敏感器件和设置在敏感器件上的纺丝敏感膜，所述敏感器件为上下电极结构，所述敏感膜由Nb₂CT_x/海藻酸钠复合材料通过静电纺丝工艺制得。利用Nb₂CT_x纳米片与纺丝所得的纳米复合纤维结构，为水分子扩散提供三维网络空间；水分子自上而下吸附后，离子梯度扩散，形成上下电极电势差，输出电压信号。相较于传统的湿度传感器，本发明自供电湿度传感器不需要外部供电系统，具有功耗低、绿色环保、携带方便、柔性可贴合等优点。

技术领域

本发明属于能量收集技术、敏感电子学技术领域，涉及一种基于Nb₂CT_x/海藻酸钠复合纺丝薄膜的自供电湿度传感器及其制备方法。

背景技术

随着现代化的发展，很难找出一个与湿度无关的领域，因此与人类生活息息相关的湿度传感器也在逐渐发展。湿度传感器从最早的干湿球和毛发湿度计，到近几十年的电子式湿度传感器。电子式湿度传感器主要分为电阻式、电容式两大类。然而传统的电子式湿度传感器离不开外部电源驱动，这限制了传感器在物联网中的实时监测，因此发展基于可持续发电的湿度传感器对绿色、环保、无毒、友好的环境要求具有十分重要的意义。

可持续发电被认为是从各种自然资源和“绿色”资源中获取电力，例如太阳能发电、热电、压电、机械运动中的摩擦电、生物燃料电池等。例如申请号为201611075380.0的发明专利公开了一种基于摩擦电效应的自供能湿度传感器，其主要包括无源供电单元、储能单元和传感单元，其中无源供电单元为第一摩擦部件与第二摩擦部件组成的摩擦发电装置。例如申请号为201510157994.2的发明专利公开了一种基于压电效应的锑掺杂氧化锌纳米阵列自供能湿度传感器及其制备方法。通过在钛片上生长锑原子掺杂摩尔含量为0.8％～1.6％的氧化锌纳米阵列，制备出湿度敏感元件。施加压力于纳米阵列时会产生压电输出，随着相对湿度的增加，压电输出逐渐减小。利用水分子梯度扩散驱动离子定向运动的湿度传感器可自发产生电压信号；此外，此类湿度传感器不需要外部压力、机械运动、光、热等其它能量驱动，突破了自供能传感器局限，为实现便携、无源、绿色环保、柔性、可穿戴的自供电湿度传感器开创了新途径，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种基于复合纺丝薄膜的自供电湿度传感器及其制备方法，利用Nb₂CT_x纳米片与纺丝所得的纳米复合纤维结构，为水分子扩散提供三维网络空间结构；水分子吸附后梯度扩散，输出电压信号。解决传统电阻型、电容型湿度传感器离不开外部电源的缺陷，从而为自供电湿度传感器开拓新途径。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于Nb₂CT_x/海藻酸钠复合纺丝薄膜的自供电湿度传感器，包括传感器和设置在传感器上的复合纺丝薄膜，所述复合纺丝薄膜的材料由海藻酸钠复合Nb₂CT_x制得。所述Nb₂CT_x为一类MXene材料；其中，T_x代表末端官能团。

进一步地，所述传感器的器件结构为上下电极结构，电极之间为复合纺丝薄膜。

进一步地，电极衬底材料包括并不限于柔性的聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、布基、纸基、柔性纤维中的任意一种；电极材料包括并不限于金、铂、镍铬合金、导电碳材料、氧化铟锡中的任意一种。

进一步地，其特征在于：上电极为多孔状、圆点状或长条状电极，为保证水分子与敏感层充分接触，自上而下进行梯度扩散。

一种基于Nb₂CT_x/海藻酸钠复合纺丝薄膜的自供电湿度传感器的制备方法，包括以下步骤，