本發(fā)明涉及一種用于測量濕度的元件，具體涉及一種基于多孔感濕膜的電容式濕敏元件及其制備方法。
背景技術(shù)：
濕度是表示空氣濕潤程度的物理量,可以說無處不在，與人們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)。人們的居住環(huán)境、倉儲(chǔ)物流、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域迫切需求濕度測量和控制技術(shù)。尤其是北方的冬天，由于集中供暖，室內(nèi)濕度經(jīng)常過低。這種環(huán)境下，人們非常容易上火、口干、流鼻血、唇裂、甚至呼吸道疾病。而在南方，多陰雨天氣的地區(qū)，相對(duì)濕度又太高，易使得室內(nèi)家具、衣服、棉被等生霉、鐵器生銹、電子器件易短路。因此，濕度測量在日常生活中是必不可少，濕敏元件則也廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、燃料電池汽車等領(lǐng)域。隨著生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)濕敏元件的要求也越來越高，不但要求濕敏元件具有準(zhǔn)確可靠等靜態(tài)特性，而且要求能快速響應(yīng)測量環(huán)境濕度的瞬態(tài)變化。然而現(xiàn)有市場化的濕敏元件的動(dòng)態(tài)特性尚不盡如人意，濕敏元件動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的成果尚不能滿足當(dāng)前的使用要求。并且有些濕敏元件的濕度測量范圍較窄，低于10％RH的濕度無法測量。因此，當(dāng)前亟需結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、測量精確、價(jià)格低廉的快速響應(yīng)濕敏元件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種基于多孔感濕膜的電容式濕敏元件及其制備方法，該電容式濕敏元件可用于測量各種環(huán)境下濕度的測量，該元件具有結(jié)構(gòu)簡單、制備工藝簡潔、成品性能好、響應(yīng)速度快及濕滯小等特點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種基于多孔感濕膜的電容式濕敏元件，包括：
兩個(gè)電容極板，相對(duì)平行設(shè)置，上電容極板和下電容極板之間為空氣；
多孔感濕膜，由多孔皮革制成，粘貼于下電容極板的內(nèi)側(cè)；
絕緣層，由二氧化硅構(gòu)成，設(shè)置于下電容極板的外側(cè)；
加熱膜，設(shè)置于絕緣層上，通電后對(duì)濕敏元件進(jìn)行加熱；
兩根引線，分別與上電容極板和下電容極板連接，用于和電路連接。
所述的多孔皮革是在轉(zhuǎn)鼓中經(jīng)物理、化學(xué)加工并填充粒子形成，填充粒子為氯化物。
所述的加熱膜為無機(jī)薄膜加熱材料、有機(jī)薄膜加熱材料或金屬薄膜加熱材料。
所述的金屬薄膜加熱材料為康銅。
基于多孔感濕膜的電容式濕敏元件的制備方法，包括以下步驟：
1)將下電容極板清洗干凈，取出后用氮?dú)夂娓桑?/p>
2)將清洗好的下電容極板通過真空蒸鍍方式蒸發(fā)二氧化硅，完成絕緣層的制備；
3)將完成絕緣層的極板放入烘干箱烘干；
4)再將烘干的下電容極板轉(zhuǎn)入蒸鍍室采用真空蒸鍍的方式蒸發(fā)通電后具有加熱功能的薄膜，完成加熱膜的制備；
5)將完成加熱膜的下電容極板放入烘干箱烘干；
6)將烘干的下電容極板翻轉(zhuǎn)，通過粘貼方法固定添加有填充粒子的多孔皮革，完成感濕膜的制備；
7)將電容器上電容極板及烘干的下電容極板通過刷銀漿，制備電極；
8)將引線通過點(diǎn)焊焊接于制備好的電極處；
至此，制備得到一種基于多孔感濕膜的電容式濕敏元件。
步驟2)和4)中，真空蒸鍍絕熱層和加熱膜材料分別為二氧化硅和康銅，其厚度分別為10-15nm和10-30nm。
步驟6)中，多孔皮革的厚度為1-2mm，填充粒子為氯化物。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
傳統(tǒng)的感濕層采用燒結(jié)體，需要足夠高的燒結(jié)溫度，加熱層通常使用電阻絲。本發(fā)明采用多孔皮革感濕膜作為感濕層，通過粘貼方式制備，整個(gè)工藝過程簡化，技術(shù)難度低，可以進(jìn)行大批量制造，產(chǎn)品生產(chǎn)率高。采用多孔皮革作為感濕層，由于皮革的多孔已被加工好，所以加工工藝簡單，不需要太高溫度，另外多孔皮革透氣、透濕及水汽交換方便，濕度響應(yīng)快，濕度測量范圍較寬，低于10％RH的濕度均可以進(jìn)行測量，是一種結(jié)構(gòu)簡單、測量范圍寬、測量精確、價(jià)格低廉的快速響應(yīng)濕敏元件。還有，多孔皮革制造過程中添加填充粒子容易。絕緣層選用二氧化硅和加熱膜選用康銅都采用真空蒸鍍方式制備。加熱層用薄膜的形式使得受熱均勻、濕滯小，可用于測量寬范圍低濕和超濕環(huán)境下的濕度，適應(yīng)性極強(qiáng)。
【附圖說明】
圖1為本發(fā)明一種基于多孔感濕膜的電容式濕敏元件的示意圖。
其中，矩形陰影區(qū)域1和2分別為電容器上下電容極板，下電容極板2內(nèi)側(cè)區(qū)域3為多孔親水性感濕膜，區(qū)域3內(nèi)部的黑點(diǎn)4代表填充粒子，下電容極板2外側(cè)黑色區(qū)域5為絕緣層，灰色區(qū)域6為加熱膜，兩條曲線7為引線。
【具體實(shí)施方式】
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述：
如圖1所示，一種基于多孔感濕膜的電容式濕敏元件，包括上下平行設(shè)置的電容極板1和2、感濕膜3、填充粒子4、絕緣層5、加熱層6和引線7。
所述的基于多孔感濕膜的電容式濕敏元件包括平行板電容極板1、2和設(shè)置在所述下電容極板2內(nèi)側(cè)的多孔感濕膜3、下電容極板2外側(cè)的絕緣層5和加熱膜6、以及上下電容極板與電路相連的引線7。該電容極板由極薄的金屬片制成，兩極板中間為空氣。
設(shè)置在電容極板2內(nèi)側(cè)的多孔感濕膜3為多孔皮革、氧化石墨烯、多孔Al2O3薄膜、聚酰亞胺等材料，通過粘貼或旋涂方法制備，多孔感濕膜優(yōu)選材料為多孔皮革。該多孔皮革可經(jīng)過脫毛和鞣制等物理、化學(xué)加工形成，里面添加填充粒子完成感濕膜，再通過粘貼方法制備。其里面的填充粒子4為氯化物，如氯化鈣、氯化鋰等，主要起吸水作用。當(dāng)吸收水后，填充粒子離解，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。
所述絕緣層材料5為二氧化硅，通過真空蒸鍍方式制備；
所述的加熱膜6為無機(jī)薄膜加熱材料、有機(jī)薄膜加熱材料、金屬薄膜加熱材料等，通過真空蒸鍍、磁控濺射、溶膠凝膠等方法制備，優(yōu)選為金屬薄膜加熱材料，如康銅。
所述的引線通過真空蒸鍍蒸發(fā)在電容器上極板和下電容極板的加熱膜端引出。
本發(fā)明一種基于多孔皮革的新型電容式濕敏元件的制備方法，包括在下極板2內(nèi)側(cè)通過粘貼或旋涂方法制備多孔感濕膜3，然后通過真空蒸鍍、磁控濺射、溶膠凝膠等方法在電容器下極板外側(cè)制備的絕緣層5和具有加熱功能的加熱薄膜層6，再通過刷漿、印刷方式制備電極，在電極處焊接引線7。
本發(fā)明一種電容式濕敏元件的具體制備過程如下，現(xiàn)以部分材料為例進(jìn)行說明，當(dāng)然不限于以下材料。電容器兩平行極板由極薄的金屬片、兩極中間為空氣制成。感濕膜由多孔皮革及填充粒子形成。
采用具體材料為：電容極板采用極薄的鋁片；感濕層由多孔皮革及填充粒子形成，如圖1中區(qū)域3和4，多孔皮革是經(jīng)脫毛和鞣制等物理、化學(xué)加工所得到的已經(jīng)變性不易腐爛的動(dòng)物皮，是由天然蛋白質(zhì)纖維在三維空間緊密編織構(gòu)成的。鞣制的主要作用是能在膠原分子鏈間產(chǎn)生交聯(lián)，將膠原結(jié)構(gòu)基體間的相互位置固定下來，使膠原纖維束的強(qiáng)度提高。最終達(dá)到以下目的：(1)增加纖維結(jié)構(gòu)的多孔性；(2)提高膠原纖維的耐濕熱性能；(3)提高膠原的耐化學(xué)作用及耐微生物和酶的作用；(4)減少膠原纖維束、纖維、原纖維之間的粘合性；(5)減少濕革的壓縮變形；(6)減少濕革在干燥時(shí)的收縮程度；(7)減小膠原纖維細(xì)微結(jié)構(gòu)排列的規(guī)整度。絕緣層采用二氧化硅；加熱層選用的材料為金屬加熱材料康銅；電極選用金、銀、銦等的金屬材料。
實(shí)施例1
一種基于多孔皮革感濕膜的電容式濕敏元件制備過程如下：
1、將電容器下電容極板依次放入洗潔精、丙酮、酒精、去離子水中分別超聲清洗，取出后用氮?dú)夂娓桑?/p>
2、將清洗好的下電容極板通過真空蒸鍍方式蒸發(fā)二氧化硅(厚度為10-15nm)，完成絕緣層5的制備；
3、將完成絕緣層5的極板放入烘干箱烘干；
4、再將烘干的下電容極板轉(zhuǎn)入蒸鍍室采用真空蒸鍍的方式蒸發(fā)通電后具有加熱功能的薄膜(厚度為10-30nm)，完成加熱膜6的制備；
5、將完成加熱膜6的極板放入烘干箱烘干；
6、將烘干的電容器下電容極板翻轉(zhuǎn)，制備親水性的感濕膜多孔皮革(厚度為1-2mm))，再添加填充粒子氯化鋰，通過粘貼方法進(jìn)行固定到下電容極板內(nèi)側(cè)，完成感濕膜3的制備；
8、將電容器上電容極板1及烘干的下電容極板2通過刷銀漿，再加熱的方式或金線、鋁線的方式制備電極，優(yōu)選金線方式；
9、將引線通過點(diǎn)焊焊接于制備好的電極處。
至此，制備得到一種基于多孔皮革感濕膜的電容式濕敏元件。
真空蒸鍍絕熱層和加熱膜材料分別為二氧化硅和康銅，其厚度分別為10-15nm和10-30nm；粘貼法制備的感濕材料為多孔皮革，其對(duì)應(yīng)的厚度為1-2mm，填充粒子為氯化物。電極制備方式優(yōu)選金線方式。
以上，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非僅限于本發(fā)明的實(shí)施范圍，凡依本發(fā)明專利范圍的內(nèi)容所做的等效變化和修飾，都應(yīng)為本發(fā)明的技術(shù)范疇。