專利名稱：：復合型濕度傳感器濕敏元件的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及復合型濕度傳感器濕敏元件，特別涉及以孔隙率為35-50％、孔徑為0.5～1.0μ的氧化鋁多孔陶瓷基片為載體、浸以高聚合感濕液、外表面涂覆有防水層的濕度傳感器濕敏元件。試驗證明，該傳感器在20～90％RH范圍內(nèi)阻值變化4個數(shù)量級(103～107Ω)，濕滯小于1％RH，響應時間小于60秒，并可抗多種惡劣氣氛，經(jīng)批量使用證明，是一種性能穩(wěn)定的濕度傳感器。陶瓷濕度傳感器雖具有全范圍感濕、靈敏度高、使用溫度高等優(yōu)點，但卻存在著易于老化這樣一個致命缺點即阻抗隨時間而增大，靈敏度降低，最終導致失效，并且濕滯較大，在低濕時的阻值偏高，不易于實際使用。而電解質(zhì)型濕度傳感器雖具長期穩(wěn)定性較好的優(yōu)點，卻不能在高濕、結露或污染的環(huán)境中使用，并且使用溫度范圍較窄，不能全范圍感濕。本發(fā)明的目的是采用特殊工藝將兩者結合起來，保持其優(yōu)點，制成一種復合型濕度傳感器濕敏元件。經(jīng)過對國內(nèi)外陶瓷類、電解質(zhì)類、聚合物類和高分子類等多種濕敏材料的研究、選擇和對比，我們確定了復合材料的方案，即用具有一定氣孔率和氣孔大小的多孔陶瓷為載體，浸漬有優(yōu)良特性的感濕液，形成結合各自優(yōu)點的復合型濕度傳感器濕敏元件。使傳感器具有靈敏度高、響應快、濕滯小、耐腐蝕和有害氣氛污染，穩(wěn)定性好等特點。本發(fā)明所提供的傳感器濕敏元件的結構為濕敏元件的基體為具有一定孔隙率和氣孔大小的三氧化二鋁多孔陶瓷，在其上下表面設置有RuO2電極，基體空隙中上浸有感濕液，濕敏元件外表面涂覆有防水層。其中，所述的孔隙率35-50％。其中，所述的孔徑為0.5～1.0μ。其中，所述的放水層為醋酸纖維素丙酮溶液。其中，所述的感濕液聚丙烯酸鈉。本發(fā)明所提供的傳感器濕敏元件的工藝條件為1、浸膜①將半成型的多孔陶瓷濕敏元件浸入1％的醋酸纖維素丙酮溶液中，15～20秒鐘后取出，自然干燥；②成膜的濕敏元件放置在120℃烘箱內(nèi)，烘干30分鐘；2、老化①將制成的耐水型多孔瓷濕敏元件放置在恒溫濕箱內(nèi)高溫高濕40℃，70％RH，3小時；低溫低濕5℃，30％RH，3小時；②取出濕敏元件，在普通環(huán)境中放置10小時；③如此循環(huán)5次即可。制成的濕敏元件保護膜不宜太厚。由于膜的透過速度與表面厚度成反比，這對濕敏元件的響應時間有一定影響(現(xiàn)將保護膜控制在1μm左右)。因此膜厚的控制是制作工藝中的重要環(huán)節(jié)，成膜溶液制成后，需用篩網(wǎng)過濾，可提高涂燙保護膜的均勻性，使?jié)衩粼哪退阅苓_到＜±3％RH的測量精度。成膜溶劑、溶液濃度及添加劑同保護膜的孔結構有密切關系。大量研究表明制膜液的組成強烈影響制膜的結構、狀態(tài)和溶劑蒸發(fā)速度，它們是決定膜性能的重要因素，同時成膜材料和溶劑不能對濕敏元件電極有腐蝕作用、不能對其中電解質(zhì)產(chǎn)生化學反應等不良影響。成功地選擇涂燙保護膜后，濕敏元件的性能猶如更新?lián)Q代，不僅增強了濕敏元件的抗污染能力，而且也提高了濕敏元件的等級。本發(fā)明所提供的傳感器濕敏元件性能測試結果為1、耐水性能測試涂覆保護膜的多孔瓷濕敏元件的感濕特性；再將其浸入去離子水中，20分鐘后取出，自然干燥2小時測定其耐水性能。測試結果表明濕敏元件的耐水性能良好。表1耐水型濕敏元件的耐水性能測試</tables>2、一致性測試多孔瓷濕敏元件的感濕特性，再將其涂覆耐水保護膜，熱處理后，測定感濕特性，測試結果表明加保護膜的濕敏元件基本不改變其原有的感濕特性。表2耐水型濕敏元件的一致性測試3、穩(wěn)定性該課題的研制周期僅用了半年，因此無足夠的時間進行穩(wěn)定性測試。現(xiàn)對放置60天涂覆耐水保護膜的多孔瓷濕敏元件進行測試，測試結果表明耐水型多孔瓷濕敏元件的性能穩(wěn)定。表3耐水型濕敏元件穩(wěn)定性測試4、氣氛試驗參照日本松下電器公司的試驗方法。測試條件在體積為二升的密封干燥瓶中，底部加入實驗介質(zhì)(如乙醇等)，將濕敏元件放入干燥器的上部，室溫狀態(tài)下放置數(shù)小時后取出，在室溫下放置8小時后測定。表4氣氛試驗60ml/2L容器乙醇60小時</tables>表5氣氛試驗1％100ml/2L容器乙酸60小時</tables>表6氣氛試驗3％50ml/2L容器氨水60小時</tables>表7氣氛試驗100ml/2L丙酮60小時</tables>表8氣氛試驗距芳香30cm30秒</tables>表9氣氛試驗距殺蟲劑30cm30秒</tables></tables>表10氣氛試驗20ml/2L香水20小時</tables>本發(fā)明所提供的傳感器濕敏元件的性能為1、濕度響應范圍30％RH～90％RH；2、使用溫度范圍0℃～50℃；3、響應時間小于60秒；4、長期穩(wěn)定性變化率在25℃，50％RH條件下，小于5％RH/年；5、保存溫度范圍-20℃～80℃；6、耐水特性浸入水中20分鐘，變化率＜±3％RH；7、使用壽命兩年以上。由此可見，本發(fā)明所提供的傳感器濕敏元件的優(yōu)點為1、濕敏元件加保護膜后具有良好的耐水性能。2、濕敏元件加保護膜后，感濕性能穩(wěn)定，在標準狀態(tài)下(25℃，50％RH)2個月內(nèi)感濕特性變化小于3％RH。3、氣氛試驗表明耐水型多孔瓷濕度傳感器受乙醇、乙酸、丙酮、芳香劑、殺蟲劑、香水氣氛的影響小，抗污染能力較強，能在比較惡劣的環(huán)境中使用。4、濕敏元件加保護膜后基本不改變其原有的感濕特性。5、保護膜制作工藝與原多孔瓷濕敏元件生產(chǎn)工藝有良好的銜接，制作過程簡單易掌握。權利要求1.復合型濕度傳感器濕敏元件，其中結構包括濕敏元件的基體為具有一定氣孔率和氣孔大小的三氧化二鋁多孔陶瓷，在其上下表面設置有RuO2電極，基體空隙中上浸有感濕液，濕敏元件外表面涂覆有防水層。2.權利要求1所述的復合型濕度傳感器濕敏元件，其中所述的放水層為醋酸纖維素丙酮溶液。3.權利要求1所述的復合型濕度傳感器濕敏元件，其中所述的感濕液聚丙烯酸鈉。4.權利要求1所述的復合型濕度傳感器濕敏元件，其中制備工藝條件為浸膜①將半成型的多孔陶瓷濕敏元件浸入1％的醋酸纖維素丙酮溶液中，15～20秒鐘后取出，自然干燥；②成膜的濕敏元件放置在120℃烘箱內(nèi)，烘干30分鐘；老化①將制成的耐水型多孔瓷濕敏元件放置在恒溫濕箱內(nèi)高溫高濕40℃，70％RH，3小時；低溫低濕5℃，30％RH，3小時；②取出濕敏元件，在普通環(huán)境中放置10小時；③循環(huán)5次即可。全文摘要復合型濕度傳感器濕敏元件,其中結構包括濕敏元件的基體為具有一定氣孔率和氣孔大小的三氧化二鋁多孔陶瓷,在其上下表面設置有RuO文檔編號H01L49/00GK1177102SQ9610689公開日1998年3月25日申請日期1996年7月2日優(yōu)先權日1996年7月2日發(fā)明者何魯敏,梁曉峰,莫時興,徐森申請人:北京亞都科技股份有限公司