一種基于二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜的濕度傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種濕度傳感器及其制作方法，具體涉及一種基于二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜的電容型濕度傳感器。
【背景技術】
[0002]濕敏傳感器在傳感器領域具有重要的影響力和廣泛的應用背景，不僅直接影響著人類基本的生活條件，而且對工農業、生物制品、醫療衛生、環保行業、電力系統監測、國防建設和航空航天等方面的具有極大影響。例如在電力變壓器絕緣狀態的監測方面:我國各發電廠和變電站中使用的電力變壓器90%為油浸式變壓器，該類變壓器的絕緣系統以絕緣油和絕緣紙為主，在長期運行中其濕度的變化會導致絕緣性能嚴重劣化，引發電力設備故障甚至發生爆炸，因此，電力變壓器絕緣油環境的濕度監測對診斷電力變壓器故障、預防災難性事故發生尤為重要;在醫療衛生方面:隨著地球氣溫的升高和空氣濕度的下降，各種與空氣相關的疾病發病率提高了30%以上，長期處在干燥的環境中，人不僅會生病，人的表皮也會由于缺水而逐漸失去彈性和光澤，加速角質層老化，因此，監測和控制增加室內空氣濕度可以防止細菌、病毒滋生和傳播，降低呼吸道類疾病的發生概率，保護人們身體健康。此夕卜，濕度監測對于農業生產、生物制品、醫藥衛生、國防建設、航空航天等方面的都具有重要的影響。
[0003]濕度傳感器的濕敏元件主要有電阻式和電容式兩大類，而電容式濕度傳感器是目前商業化最為成功的一類濕度傳感器，由于其具有靈敏度高、功耗低、成本低等優點。隨著MEMS加工技術的不斷成熟，用MEMS工藝加工的濕度傳感器具有體積小、成本低、功耗低、易于批量生產等優點，因此非常適合小型化、低功耗濕度傳感器。濕敏元件是濕度傳感器檢測外界環境濕度的核心元件，目前多采用高分子聚合物、聚對苯二甲酸乙二醇酯材料、金屬氧化物作為電容式濕度傳感器的濕敏材料，高分子聚合物類濕敏器件采用較為廣泛，但由于其吸濕層的耐高溫性差，這使得該類傳感器不能應用于高溫環境，并且在高濕條件下出現嚴重的濕滯;半導體陶瓷類濕敏器件具有性能穩定、高溫適用性、檢測范圍寬等優點，但易受環境煙霧及有機氣體的干擾，需定期加熱已再生其濕度敏感特性;金屬氧化物濕敏器件具有耐高溫和高靈敏等特性，但只能工作需要高溫下，功耗大，壽命短等缺點。研制和開發新型納米濕敏材料具有較為重要的現實意義，而且是濕度傳感元件發展的一個重要方向。
[0004]類石墨烯二硫化鉬，作為一種新型二維材料，具有高的電導率、優異的機械特性、大比表面積以及卓越的氣體吸附性能，顯示出在氣濕敏傳感元件上的應用前景，其發現為研發新型濕敏傳感元件及系統提供了一種新途徑。隨著納米復合敏感材料的發展，基于金屬氧化物/類石墨烯二硫化鉬的復合敏感材料將獲得更為優異的濕敏性能。本發明公開了一種基于二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬復合薄膜的濕度傳感器，具有工藝簡單、高靈敏度、穩定可靠等技術優勢，可適用于多種場合下濕度的監測。
【發明內容】
[0005]本發明目的是克服現有技術的不足，提供一種基于二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜的傳感器，包括濕度傳感元件、電容-電壓轉換電路、微處理器、無線通訊模塊、聲光報警器。所述濕度傳感元件采用二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜作為濕敏傳感薄膜，制備在具有回形叉指電極的聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底上，通過檢測濕敏薄膜的電容變化實現對環境濕度的檢測，并根據設定值做出警報，具有高靈敏度高、快速響應、穩定可靠等優勢。
[0006]本發明是通過以下技術方案實現上述目的，采用在具有回形叉指電極的聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底上制備二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜作為濕敏傳感薄膜，與檢測電路和計算機相連，實現監測數據傳送給上位機及無線遠程傳輸，對環境濕度進行監測。
[0007]本發明所述濕度傳感元件采用聚對苯二甲酸乙二醇酯為襯底，厚度為80微米，其上制作有回形叉指電極圖案和電極焊盤。
[0008]本發明所述濕度傳感元件電極是銀-鎳-鈀合金電極，由第一電極和第二電極構成，電極間距為30微米，厚度為20微米。
[0009]本發明所述濕度傳感元件的濕敏傳感薄膜厚度為8-12微米，是二氧化錫/類石墨稀二硫化鉬構成的納米薄膜。
[0010]本發明所述類石墨烯二硫化鉬采用以下方法制備:首先將1.2g鉬酸鈉和1.4g硫代乙酰胺溶解到SOmL去離子水中，攪拌25分鐘；隨后向此混合溶液中加入0.5g草酸調節溶液至酸性環境;然后將上述混合溶液攪拌25分鐘后轉移到高溫反應釜中，在190°C下反應24小時，之后自然冷卻至室溫;最后在2500rpm轉速下離心處理25分鐘，將所得樣品依次用去離子水和無水乙醇洗滌3-4次后得到類石墨烯二硫化鉬溶液。將上述所得溶液在60°C下烘干6小時，獲得類石墨烯二硫化鉬粉末。
[0011]本發明所述二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜制備方法如下:首先取上述所得的類石墨烯二硫化鉬粉末0.12g溶解到SOmL去離子水中，攪拌25分鐘；隨后向該溶液中加入1.15g五水四氯化錫和0.92g氫氧化鈉;然后將上述混合溶液攪拌25分鐘后轉移到高溫反應爸中，在170°C下反應16小時，之后自然冷卻至室溫；最后在2500rpm轉速下離心處理25分鐘，將所得樣品依次用去離子水和無水乙醇洗滌3-4次后得到二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬混合溶液。然后，將所得混合溶液轉移到聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底上，置入真空干燥箱60°C處理4小時，得到覆蓋有二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜的濕敏傳感元件。
[0012]本發明所述濕度傳感元件與電容-電壓轉換電路、STM32F103微處理器、聲光報警器、SI4432無線通訊模塊相連，具有數據采集、存儲、顯示，聲光報警功能，將監測數據傳送給上位機及無線遠程傳輸，可實現有效的實時監控和管理。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明中的二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜濕度傳感元件截面示意圖，I為聚對苯二甲酸乙二醇酯襯底，2為回形叉指電極的第一電極，3為回形叉指電極的第二電極，4為納米二氧化錫修飾二硫化鉬薄膜。
[0014]圖2為本發明實施方式的一個示例，I為基于二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜的濕度傳感元件，2為電容-電壓轉換電路，3為STM32F103微處理器，4為聲光報警器、5為SI4432無線通訊模塊，6為計算機。
[0015]圖3為本發明中的二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜的掃描電子顯微鏡圖像。
[0016]圖4為本發明中的二氧化錫/類石墨烯二硫化鉬薄膜濕度傳感元件在不同相對濕度下的電容響應。
[0017]圖