[发明专利]基于PAAm柔性水凝胶的湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于PAAm柔性水凝胶的湿度传感器及其制备方法，该基于PAAm柔性水凝胶的湿度传感器包括柔性电路层和聚丙烯酰胺有机水凝胶；聚丙烯酰胺有机水凝胶涂覆在所述柔性电路板上并形成聚丙烯酰胺有机水凝胶薄膜。本发明的湿度传感器的灵敏度在相对湿度12％～85％之间达到6.29，在相对湿度85％～95％之间高达149.9；该湿度传感器在温度(31℃～42℃)、弯曲(曲率半径无穷大到6.81mm)、压力(0～8N)和持续十天的测量中稳定性保持良好。本发明利用有机水凝胶优异的柔韧性、高透明度和优异的机械强度，此外，其优异的保水性能使得传感器在非常低的湿度环境(12％相对湿度)下放置24小时后仍然具有高度的柔软性和机械稳定性，并不会发生脱水。

技术领域

本发明涉及湿度传感器技术领域，特别涉及一种基于PAAm柔性水凝胶的湿度传感器及其制备方法。

背景技术

随着人工智能的发展，相关产业链对柔性电子设备的需求也在逐渐提高。柔性电子已经在许多领域引起了极大的关注，包括新兴的健康监测，人工电子皮肤和机器人工业。在这些最先进的电子产品中，湿度传感器因具有高精度、快速响应时间、良好的可重复性和易于制造的特点备受关注。为了满足这些要求，众多科研学者已经广泛研究基于各种传感原理的湿度传感器。这些传感器包括电阻式，电容式和光学技术等原理。作为最常用的方法，电阻式传感装置通常依赖于改变湿敏材料的电阻率。例如，赵等人开发了一种柔性二硫化钼基湿度传感器，它可以通过单层二硫化钼薄膜可逆地吸收/解吸水分子。变化的环境湿度有效地调节了二硫化钼薄膜的电荷密度，从而改变了整个器件的电阻。与电阻式湿度传感技术相比，电容式湿度传感的输出参数通常取决于随湿度变化的介电常数。基于电容的湿度传感技术具有高灵敏度、低功耗和不受温度影响等优点，引领了湿度传感器发展的另一趋势。

制作相关湿敏结构的材料，除了无机湿敏材料，有机聚合物例如水凝胶，也是开发可穿戴湿度传感电子产品的良好候选材料。但使用有机水凝胶制作湿度传感器的报道很少。水凝胶基质是由许多聚合物链组成的三维网络，三维网络中亲水基团多为羟基、氨基或羧基。这些基团很容易吸收水分子，与水分子形成氢键，从而通过改变介电常数、电阻率或折射率(RI)等电学参数。然而，常规水凝胶在环境温度下或极端环境(高温低湿、低温低湿等)下容易脱水，脱水后水凝胶机械性能极差(无法弯曲和拉伸)，这种脱水现象严重阻碍了它们的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题的是提供一种具有优异的柔韧性、高透明度、优异的机械强度、稳定性好的基于PAAm柔性水凝胶的湿度传感器。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于PAAm柔性水凝胶的湿度传感器，其包括：

柔性电路层；

聚丙烯酰胺有机水凝胶，涂覆在所述柔性电路板上并形成聚丙烯酰胺有机水凝胶薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述聚丙烯酰胺有机水凝胶在水和醇类二元溶剂存在下合成。

作为本发明的进一步改进，所述醇类包括乙二醇、丙三醇。

作为本发明的进一步改进，所述柔性电路层包括柔性基底和制备在所述柔性基底上的叉指电极。

作为本发明的进一步改进，所述柔性基底为聚酰亚胺薄膜。

作为本发明的进一步改进，所述叉指电极通过标准丝网印刷法和湿法刻蚀工艺单面覆铜制备在所述柔性基底上。

本发明还提供了基于PAAm柔性水凝胶的湿度传感器的制备方法，其包括以下步骤：

将柔性电路层覆在底板上；

将图案化掩膜覆在所述柔性电路层上；

将顶板覆在所述图案化掩膜上，所述顶板、图案化掩膜和柔性电路层配合形成腔室；

向所述腔室中填充聚丙烯酰胺有机水凝胶溶液；