一种柔性湿度传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，特别是涉及一种柔性湿度传感器及其制备工艺。

背景技术

湿度是生活中常见的环境参数，湿度传感器在气象、半导体、食品加工和医疗等方面都有广泛的应用。电容式湿度传感器以其低功耗、高性能和长期稳定性受到广大学者的研究，然而电介质材料中的漏电损耗会增加器件的总功耗并降低器件的性能，另一方面，湿敏材料的表面沾污也会使得器件的敏感特性迅速下降。

2005年，Jing Wang等人制备了以纳米钛酸钡为敏感材料的电容式湿度传感器，测试结果表明在几乎所有相对湿度范围内都会有介电损耗，随着相对湿度的增加，介电损耗的峰值会往高频方向移动，同时传感器没有保护层，湿敏层容易受到污染。2008年，TongZhang等人在氧化铝陶瓷基板上制备了以聚吡咯为敏感材料的湿度传感器，观察到了类似的介电损耗特性。他们为了保护湿敏层不受污染，防止高湿下水蒸气凝结在湿敏层上，通过旋涂乙基纤维素乙酸乙酯溶液，在湿敏层上形成了一层保护层，但这种保护层也具有一定的吸水性，会影响器件的感湿特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：因湿度引起的电容式湿度传感器的电容损耗会增加器件的功耗，降低器件的性能。湿敏层容易受到外界的污染，器件的可靠性不高。

为了解决上述的技术问题，本发明提出一种柔性湿度传感器，由下至上包括，疏水多孔聚四氟乙烯衬底、金属电极层、疏水多孔聚四氟乙烯隔离层、湿度敏感材料层、疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层；

所述金属电极层位于疏水多孔聚四氟乙烯衬底之上，所述疏水多孔聚四氟乙烯隔离层在金属电极层和氧化石墨烯敏感层之间，所述氧化石墨烯敏感层上还有疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层。

优选的，所述金属电极层为银电极，所述金属电极层通过丝网印刷工艺形成在疏水多孔聚四氟乙烯衬底上。

优选的，所述疏水多孔聚四氟乙烯衬底的厚度在0.18mm-0.22mm之间；微孔孔径在0.22um-0.8um之间。

优选的，湿度敏感材料层采用的是氧化石墨烯敏感材料。

本发明的一种柔性湿度传感器的制备方法，具体步骤如下：

步骤S1、利用丝网印刷工艺在疏水多孔聚四氟乙烯衬底上印刷一层金属电极；

步骤S2、利用静电纺丝工艺在金属电极上形成一层疏水多孔聚四氟乙烯隔离层；

步骤S3、在疏水多孔聚四氟乙烯隔离层上真空抽滤氧化石墨烯水分散液，形成氧化石墨烯敏感层作为湿度敏感材料层；

步骤S4、在湿度敏感材料层上通过静电纺丝工艺形成疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层。

本发明的有益效果是：疏水多孔聚四氟乙烯材料的表面吸附能很低，水与其接触角很大，可以有效的隔绝液态水，聚四氟乙烯还具有优异的电绝缘性能，可以减小器件的电容损耗。通过静电纺丝工艺制备的疏水聚四氟乙烯层，具有网状多孔结构，透气不透水，可以同时用于湿敏电容结构中的隔离和保护。

通过静电纺丝在金属电极层上形成疏水多孔聚四氟乙烯隔离层，可以有效减小器件在高湿下的电容损耗，改善器件的性能。另外在最外层通过静电纺丝形成疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层，可以防水防污，同时具有良好的透气性。

附图说明

附图1为本发明柔性湿度传感器的正面结构示意图；

附图2为本发明柔性湿度传感器的剖面结构示意图。

其中：1-疏水多孔聚四氟乙烯衬底、2-金属电极层、3-疏水多孔聚四氟乙烯隔离层、4-湿度敏感材料层、5-疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定：

如图1和2所示，本发明提出的一种柔性湿度传感器，由下至上包括，疏水多孔聚四氟乙烯衬底1、金属电极层2、疏水多孔聚四氟乙烯隔离层3、湿度敏感材料层4、疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层5；

所述金属电极层2位于疏水多孔聚四氟乙烯衬底1之上，所述疏水多孔聚四氟乙烯隔离层3在金属电极层2和湿度敏感材料层4之间，所述湿度敏感材料层4上还有疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层5，湿度敏感材料层4与金属电极层2电连接；所述湿度敏感材料是氧化石墨烯敏感材料。

本实施例中，所述金属电极层2是平铺叉指电极，采用银材料，并通过丝网印刷工艺形成于疏水多孔聚四氟乙烯衬底1之上；所述疏水多孔聚四氟乙烯隔离层3是通过静电纺丝工艺形成于金属电极层2之上；所述湿度敏感材料层4是通过真空抽滤氧化石墨烯分散液形成于疏水多孔聚四氟乙烯隔离层3之上。

本实施例中，所述疏水多孔聚四氟乙烯衬底1的厚度在0.18mm-0.22mm之间；微孔孔径在0.22um-0.8um之间。

本发明的一种柔性湿度传感器制备方法，具体步骤如下：

步骤S1、利用丝网印刷工艺在疏水多孔聚四氟乙烯衬底1上形成金属电极层2；

步骤S2、利用静电纺丝工艺在金属电极层2上形成一层疏水多孔聚四氟乙烯隔离层3，所述疏水多孔聚四氟乙烯隔离层3覆盖金属电极层2以及金属电极层2所在区域；

步骤S3、在疏水多孔聚四氟乙烯隔离层3上真空抽滤0.1ml浓度为0.5mg/ml的氧化石墨烯水分散液，形成氧化石墨烯敏感层作为湿度敏感材料层4；

步骤S4、在湿度敏感材料层4上通过静电纺丝工艺形成疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层5，所述疏水多孔聚四氟乙烯材料保护层5覆盖湿度敏感材料层4以及疏水多孔聚四氟乙烯隔离层3所在区域。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。