一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器及其制作方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機電子傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器及其制作方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]濕度傳感器和氣體傳感器應(yīng)用范圍十分廣泛，現(xiàn)在相對成熟的濕度傳感器大多采用電阻檢測的方法，然而這種傳感器的精度不高，且容易受到其它條件的影響。近年來，有很多電容性傳感器被提出，但大多采用了剛性材料，當(dāng)需要測量不平整或是彎曲表面時不能很好的覆蓋。而柔性有機薄膜電容傳感器作為薄膜形態(tài)，其面積可大可小的特點使得其不僅能檢測精密位置的濕度或者氣體濃度，在做成大面積的情況下，還可以貼附與物體表面進行大范圍的檢測，且不限于平面。采用有機材料制作的柔性傳感器是未來發(fā)展的趨勢，多功能傳感器集成于一個器件更是復(fù)雜條件下檢測重要的一個方向，本發(fā)明對柔性薄膜傳感器的發(fā)展意義重大。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明的目的是提供一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器及其制作方法。
[0004]本發(fā)明提供的一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括襯底(1)、下電極(2)、濕度敏感層(3)、氣體敏感層(4)、兩個介質(zhì)層(501、502)和兩個上電極(601、602);該傳感器中，構(gòu)成襯底的材料為PET ;構(gòu)成下電極的材料為ΙΤ0 ;構(gòu)成濕度敏感層的材料為聚酰亞胺或聚甲基丙烯酸甲酯；構(gòu)成氣體敏感層的材料為丙基-三甲氧基硅烷或3- 二乙基氨丙基-三甲氧基硅烷；構(gòu)成介質(zhì)層的材料為絕緣有機物，分別位于氣體敏感層的兩側(cè)，中間部分暴露在外部；構(gòu)成兩個上電極的材料為金屬金，分別位于兩個介質(zhì)層之上。
[0005]本發(fā)明提供的制備上述柔性有機薄膜濕度傳感器的方法，包括如下步驟:
[0006]1)在襯底上制備下電極；
[0007]2)在所述步驟1)得到的下電極之上制備濕度敏感層；
[0008]3)在所述步驟2)得到的帶有濕度敏感層的襯底之上制備氣體敏感層；
[0009]4)在所述步驟3)得到的氣體敏感層上制備兩個介質(zhì)層；
[0010]5)制備源電極和漏電極，得到所述柔性有機薄膜濕度傳感器；
[0011]上述制備方法的步驟1)中，襯底材料可以通過商業(yè)途徑購買得到，制作下電極之前先將襯底分別用丙酮、乙醇、去離子水各超聲清洗15分鐘；制備下電極的方法為磁控濺射，磁控濺射的工作氣壓為2.5帕斯卡，濺射功率為140瓦，沉積時間為20分鐘；
[0012]步驟2)中，制備濕度敏感層的方法為旋涂，旋涂速度為6000轉(zhuǎn)/分，旋涂時間為45秒；
[0013]步驟3)中，制備氣體敏感層的方法為旋涂，旋涂速度為4500轉(zhuǎn)/分，旋涂時間為30秒；
[0014]步驟4)中，制備兩個介質(zhì)層的方法為真空熱蒸鍍，真空度為8X10 3帕斯卡以下，蒸鍍速率為0.1埃/秒；
[0015]步驟5)中，制備兩個上電極的方法為電子束蒸發(fā)，電子束蒸發(fā)的氣壓為6X10 3帕斯卡，蒸發(fā)速率為0.25埃/秒。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)分析:
[0017]該可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器的濕度敏感層選取的濕敏材料在濕度變化下，導(dǎo)致電容值發(fā)生變化；該電容傳感器氣體敏感層對二氧化硅氣體表現(xiàn)出敏感的特性，當(dāng)氣體敏感層吸收二氧化硅后與之相互作用導(dǎo)致電容發(fā)生變化；傳感器結(jié)構(gòu)采用有機薄膜的形式，由于是薄膜狀傳感器，其形狀可以做成大面積平面狀，可以貼附與物體表面，且沒有面積限制；該器件靈敏度高，無論是在要求固定點濕度檢測還是大面積范圍檢測都可實現(xiàn)的特點優(yōu)于現(xiàn)有傳感器。
【【附圖說明】】
[0018]圖1為本發(fā)明提供的一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中，(101、102)為兩個上電極、(201、202)為兩個介質(zhì)層、3為氣體敏感層、4為濕度敏感層、5為下電極、6為襯底。
【【具體實施方式】】
[0020]下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0021]本發(fā)明中，電容分別在不同環(huán)境條件下測量電容:
[0022]1)暴露于不含二氧化硫的空氣中，相對濕度3% ；
[0023]2)暴露于含二氧化硫的空氣中，相對濕度54%
[0024]3)暴露于不含二氧化硫的空氣中，相對濕度3% ；
[0025]4)暴露于不含二氧化硫的空氣中，相對濕度54% ；
[0026]在上述不同環(huán)境條件下測量電容變化，測試表面，濕度和二氧化硫都會對傳感器的電容造成影響。
[0027]實施例1
[0028]本實施例按照下述步驟制備柔性有機薄膜電容傳感器:
[0029]1)所用襯底層為PET，采用磁控濺射法制作下電極，在PEt襯底上濺射ΙΤ0薄膜；所采用的是ΙΤ0陶瓷靶材ln203: SnO 2= 90: 10wt.%，純度為99 %，濺射前先將PET分別用丙酮，乙醇，去離子水，超聲清洗15分鐘，制備下電極的方法為磁控濺射，磁控濺射的工作氣壓為2.5帕斯卡，濺射功率為140瓦，沉積時間為20分鐘。
[0030]2)采用旋涂的方法在下電極上制備濕度敏感層，將聚甲基丙烯酸甲酯溶于苯甲醚中(溶液濃度為50毫克/毫升)，旋涂速度為6000轉(zhuǎn)/分，旋涂時間為45秒。
[0031]3)在步驟2)得到的絕濕度敏感層上通過旋涂制備氣體敏感層，選擇材料為丙基-三甲氧基硅烷，旋涂速度為4500轉(zhuǎn)/分，旋涂時間為30秒。
[0032]4)通過真空熱蒸鍍的方法制備兩個介質(zhì)層，用掩膜版遮擋，真空度為8X10 3帕斯卡以下，蒸鍍速率為0.1埃/秒；
[0033]5)通過電子束蒸發(fā)的方法制備兩個電極，用掩膜版遮擋，電子束蒸發(fā)的氣壓為6X10 3帕斯卡，蒸發(fā)速率為0.25埃/秒。
[0034]實施例2
[0035]按照與實施例1完全相同的制備方法，僅將步驟2)中的甲基丙烯酸甲酯改為聚酰亞胺，在與上述實施例完全相同的制備條件下得到柔性有機薄膜電容傳感器，該傳感器的形貌以及器件性能與實施例1相同。
[0036]實施例3
[0037]按照與實施例1完全相同的制備方法，僅將步驟3)中的丙基-三甲氧基硅烷改為3- 二乙基氨丙基-三甲氧基硅烷，在與上述實施例完全相同的制備條件下得到柔性有機薄膜電容傳感器，該傳感器的形貌以及器件性能與實施例1相同。
【主權(quán)項】
1.一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器，其特征在于，包括襯底(1)、下電極(2)、濕度敏感層(3)、氣體敏感層(4)、兩個介質(zhì)層(501、502)和兩個上電極(601,602);其中: 下電極覆蓋于襯底之上，濕度敏感層覆蓋于下電極之上，氣體敏感層覆蓋于濕敏材料層之上； 兩個介質(zhì)層分別位于氣體敏感層的兩側(cè)，中間部分暴露在外部；兩個上電極分別位于兩個介質(zhì)層之上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器，其特征在于，下電極的寬度小于襯底的寬度，且大于濕度敏感層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器，其特征在于，構(gòu)成濕度敏感層的材料為聚酰亞胺或聚甲基丙烯酸甲酯。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器，其特征在于，構(gòu)成氣體敏感層的材料為N，N 一乙基一三氨丙基甲氧基硅烷或基一三甲氧基硅烷。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器，其特征在于，構(gòu)成襯底的材料為PET。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器，其特征在于，構(gòu)成下電極的材料為ITO。7.一種制作可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)在襯底上制備下電極； 2)在所述步驟1)得到的下電極之上制備濕度敏感層； 3)在所述步驟2)得到的帶有濕度敏感層的襯底之上制備氣體敏感層； 4)在所述步驟3)得到的氣體敏感層上制備兩個介質(zhì)層； 5)制備源電極和漏電極，得到所述柔性有機薄膜濕度傳感器。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步驟1)中，制備下電極的方法為磁控濺射； 所述的步驟2)中，制備濕度敏感層的方法為旋涂； 所述的步驟3)中，制備氣體敏感層的方法為旋涂； 所述的步驟4)中，制備兩個介質(zhì)層的方法為真空熱蒸鍍； 所述的步驟5)中，制備兩個上電極的方法為電子束蒸發(fā)。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于: 所述的步驟1)中，磁控濺射的工作氣壓為2.5帕斯卡，濺射功率為140瓦，沉積時間為20分鐘; 所訴步驟2)中，旋涂速度為6000轉(zhuǎn)/分，旋涂時間為45秒； 所訴步驟3)中，旋涂速度為4500轉(zhuǎn)/分，旋涂時間為30秒； 所述步驟4)中，真空度為8 X 10 3帕斯卡以下，蒸鍍速率為0.1埃/秒； 所訴步驟5)中，電子束蒸發(fā)的氣壓為6 X 10 3帕斯卡，蒸發(fā)速率為0.25埃/秒。
【專利摘要】本發(fā)明提供的一種可同時感應(yīng)濕度和氣體的柔性有機薄膜電容傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括襯底(1)、下電極(2)、濕度敏感層(3)、氣體敏感層(4)、兩個介質(zhì)層(501、502)和兩個上電極(601、602)；該傳感器中，構(gòu)成襯底的材料為PET；構(gòu)成下電極的材料為ITO；構(gòu)成濕度敏感層的材料為聚酰亞胺或聚甲基丙烯酸甲酯；構(gòu)成氣體敏感層的材料為丙基-三甲氧基硅烷或3-二乙基氨丙基-三甲氧基硅烷；構(gòu)成介質(zhì)層的材料為絕緣有機物，分別位于氣體敏感層的兩側(cè)，中間部分暴露在外部；構(gòu)成兩個上電極的材料為金屬金，分別位于兩個介質(zhì)層之上。
【IPC分類】G01N27/22
【公開號】CN105319245
【申請?zhí)枴緾N201510348925
【發(fā)明人】唐瑩, 錢宏昌, 鄭亞開, 馬力超, 彭應(yīng)全
【申請人】中國計量學(xué)院
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年6月16日