[发明专利]一种快速QCM湿度传感器及其应用和湿度传感器的制备方法

说明书

本发明提供一种二硫化钼、氧化石墨烯和富勒醇复合QCM湿度传感器及其制备方法，包括以下步骤：水热法合成二硫化钼纳米花；将所述二硫化钼纳米花粉末超声分散形成二硫化钼溶液，并与氧化石墨烯溶液和富勒醇溶液按照一定比例混合得到二硫化钼/氧化石墨烯/富勒醇复合分散溶液；取适量该复合分散液涂覆到QCM基片表面从而得到附着有二硫化钼/氧化石墨烯/富勒醇复合材料薄膜的QCM湿度传感器；本发明的QCM湿度传感器不仅具有很快的响应/恢复速度，还拥有着灵敏度高、重复性好、湿滞小、性能稳定的特点，且该传感器可以用于呼吸监测。

技术领域

本发明属于湿度传感器技术领域，具体涉及一种快速QCM湿度传感器及其应用和湿度传感器的制备方法。

背景技术

为了满足工业、医疗、农业和人类健康等各种应用中对湿度监测的快速增长需求，不同的换能器已广泛用于制造湿度传感器，如叉指电极、场效应晶体管、石英晶体微天平(QCM)等，其中，基于QCM的湿度传感器因其数字频率输出特性而收到广泛的关注。

目前，在文章“Enhanced humidity-sensing properties of novel grapheneoxide/zinc oxide nanoparticles layered thin film QCM sensor”中公开了采用喷涂法沉积GO溶液和ZnO溶液得到QCM换能器上，得到基于GO/ZnO纳米复合薄膜的QCM湿度传感器，该传感器与纯GO基传感器相比，灵敏度显著提高；但是，GO碎片在干燥后会结块，影响水分子在湿敏薄膜中的扩散，限制了其在实时湿度检测中的应用。

发明内容

本发明公开了一种快速QCM湿度传感器以及其应用和湿度传感器的制备方法，拟解决背景技术中提到的GO碎片在干燥后结块，影响水分子在湿敏薄膜中的扩散，进而限制湿度传感器在湿度检测中应用的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种快速QCM湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将钼酸铵和硫脲溶解于去离子水中并进行超声搅拌，得的均匀的混合溶液；将得到的混合溶液转移到高温反应釜中进行反应；反应完成后，用去离子水和/或无水乙醇洗涤数次后进行离心处理；收集得到二硫化钼，并将收集得到的二硫化钼在真空干燥箱中进行烘干，得到二硫化钼纳米花粉末；

步骤2：将二硫化钼纳米花粉末、氧化石墨烯以及富勒醇粉末超声分散于去离子水和乙醇的混合溶液中得到二硫化钼溶液、氧化石墨烯溶液和富勒醇溶液，将二硫化钼溶液、氧化石墨烯溶液和富勒醇溶液按照1:1：0.2-0.8的比例混合，并进行超声处理得到二硫化钼、氧化石墨烯和富勒醇复合分散溶液；

步骤3：通过真空镀膜法在石英晶片的第一表面上形成第一电极，在所述石英晶片的第二表面上形成第二电极，得到QCM基片，并清洗QCM基片；

步骤4：将步骤2中制备得到的二硫化钼、氧化石墨烯和富勒醇复合分散液涂覆到QCM基片的第二电极表面，并在氮气中干燥6小时-24小时，得到涂覆有二硫化钼、氧化石墨烯和富勒醇复合薄膜的QCM基片；

步骤5:通过涂覆有二硫化钼、氧化石墨烯和富勒醇构成的复合薄膜的QCM基片的谐振频率变化来测量湿度。

通过上述步骤制得的湿度传感器，通过涂覆有二硫化钼、氧化石墨烯和富勒醇复合薄膜的QCM基片的谐振频率变化来测量湿度；并且本发明的湿度传感器的湿敏薄膜由水热合成的二硫化钼纳米花溶液，混合氧化石墨烯溶液和富勒醇溶液构成，多种纳米材料形成的复合物具有复杂的协调作用，不仅极大的缩短了基于该复合材料的QCM湿度传感器对湿度检测的相应时间，也极大提高了该湿度传感器的灵敏度；同时使该传感器保持了很高的Q值，改进了工艺可控性，改善了重复性和湿滞，降低了成本。