CN105319245A

CN105319245A - 一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器及其制作方法

Info

Publication number: CN105319245A
Application number: CN201510348925.XA
Authority: CN
Inventors: 唐莹; 钱宏昌; 郑亚开; 马力超; 彭应全
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2016-02-10

Abstract

本发明提供的一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器，其结构如图1所示，包括衬底(1)、下电极(2)、湿度敏感层(3)、气体敏感层(4)、两个介质层(501、502)和两个上电极(601、602)；该传感器中，构成衬底的材料为PET；构成下电极的材料为ITO；构成湿度敏感层的材料为聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲酯；构成气体敏感层的材料为丙基-三甲氧基硅烷或3-二乙基氨丙基-三甲氧基硅烷；构成介质层的材料为绝缘有机物，分别位于气体敏感层的两侧，中间部分暴露在外部；构成两个上电极的材料为金属金，分别位于两个介质层之上。

Description

一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器及其制作方法

【技术领域】

本发明属于有机电子传感器领域，特别涉及一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器及其制作方法。

【背景技术】

湿度传感器和气体传感器应用范围十分广泛，现在相对成熟的湿度传感器大多采用电阻检测的方法，然而这种传感器的精度不高，且容易受到其它条件的影响。近年来，有很多电容性传感器被提出，但大多采用了刚性材料，当需要测量不平整或是弯曲表面时不能很好的覆盖。而柔性有机薄膜电容传感器作为薄膜形态，其面积可大可小的特点使得其不仅能检测精密位置的湿度或者气体浓度，在做成大面积的情况下，还可以贴附与物体表面进行大范围的检测，且不限于平面。采用有机材料制作的柔性传感器是未来发展的趋势，多功能传感器集成于一个器件更是复杂条件下检测重要的一个方向，本发明对柔性薄膜传感器的发展意义重大。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器及其制作方法。

本发明提供的制备上述柔性有机薄膜湿度传感器的方法，包括如下步骤：

1)在衬底上制备下电极；

2)在所述步骤1)得到的下电极之上制备湿度敏感层；

3)在所述步骤2)得到的带有湿度敏感层的衬底之上制备气体敏感层；

4)在所述步骤3)得到的气体敏感层上制备两个介质层；

5)制备源电极和漏电极，得到所述柔性有机薄膜湿度传感器；

上述制备方法的步骤1)中，衬底材料可以通过商业途径购买得到，制作下电极之前先将衬底分别用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗15分钟；制备下电极的方法为磁控溅射，磁控溅射的工作气压为2.5帕斯卡，溅射功率为140瓦，沉积时间为20分钟；

步骤2)中，制备湿度敏感层的方法为旋涂，旋涂速度为6000转/分，旋涂时间为45秒；

步骤3)中，制备气体敏感层的方法为旋涂，旋涂速度为4500转/分，旋涂时间为30秒；

步骤4)中，制备两个介质层的方法为真空热蒸镀，真空度为8×10^-3帕斯卡以下，蒸镀速率为0.1埃/秒；

步骤5)中，制备两个上电极的方法为电子束蒸发，电子束蒸发的气压为6×10^-3帕斯卡，蒸发速率为0.25埃/秒。

本发明的技术分析：

该可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器的湿度敏感层选取的湿敏材料在湿度变化下，导致电容值发生变化；该电容传感器气体敏感层对二氧化硅气体表现出敏感的特性，当气体敏感层吸收二氧化硅后与之相互作用导致电容发生变化；传感器结构采用有机薄膜的形式，由于是薄膜状传感器，其形状可以做成大面积平面状，可以贴附与物体表面，且没有面积限制；该器件灵敏度高，无论是在要求固定点湿度检测还是大面积范围检测都可实现的特点优于现有传感器。

【附图说明】

图1为本发明提供的一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器的结构示意图。

图中，(101、102)为两个上电极、(201、202)为两个介质层、3为气体敏感层、4为湿度敏感层、5为下电极、6为衬底。

【具体实施方式】

下面结合具体实例对本发明作进一步说明。

本发明中，电容分别在不同环境条件下测量电容：

1)暴露于不含二氧化硫的空气中，相对湿度3％；

2)暴露于含二氧化硫的空气中，相对湿度54％

3)暴露于不含二氧化硫的空气中，相对湿度3％；

4)暴露于不含二氧化硫的空气中，相对湿度54％；

在上述不同环境条件下测量电容变化，测试表面，湿度和二氧化硫都会对传感器的电容造成影响。

实施例1

本实施例按照下述步骤制备柔性有机薄膜电容传感器：

1)所用衬底层为PET，采用磁控溅射法制作下电极，在PEt衬底上溅射ITO薄膜；所采用的是ITO陶瓷靶材In₂O₃∶SnO₂＝90∶10wt.％，纯度为99％，溅射前先将PET分别用丙酮，乙醇，去离子水，超声清洗15分钟，制备下电极的方法为磁控溅射，磁控溅射的工作气压为2.5帕斯卡，溅射功率为140瓦，沉积时间为20分钟。

2)采用旋涂的方法在下电极上制备湿度敏感层，将聚甲基丙烯酸甲酯溶于苯甲醚中(溶液浓度为50毫克/毫升)，旋涂速度为6000转/分，旋涂时间为45秒。

3)在步骤2)得到的绝湿度敏感层上通过旋涂制备气体敏感层，选择材料为丙基-三甲氧基硅烷，旋涂速度为4500转/分，旋涂时间为30秒。

4)通过真空热蒸镀的方法制备两个介质层，用掩膜版遮挡，真空度为8×10^-3帕斯卡以下，蒸镀速率为0.1埃/秒；

5)通过电子束蒸发的方法制备两个电极，用掩膜版遮挡，电子束蒸发的气压为6×10^-3帕斯卡，蒸发速率为0.25埃/秒。

实施例2

按照与实施例1完全相同的制备方法，仅将步骤2)中的甲基丙烯酸甲酯改为聚酰亚胺，在与上述实施例完全相同的制备条件下得到柔性有机薄膜电容传感器，该传感器的形貌以及器件性能与实施例1相同。

实施例3

按照与实施例1完全相同的制备方法，仅将步骤3)中的丙基-三甲氧基硅烷改为3-二乙基氨丙基-三甲氧基硅烷，在与上述实施例完全相同的制备条件下得到柔性有机薄膜电容传感器，该传感器的形貌以及器件性能与实施例1相同。

Claims

1.一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器，其特征在于，包括衬底(1)、下电极(2)、湿度敏感层(3)、气体敏感层(4)、两个介质层(501、502)和两个上电极(601、602)；其中：

下电极覆盖于衬底之上，湿度敏感层覆盖于下电极之上，气体敏感层覆盖于湿敏材料层之上；

两个介质层分别位于气体敏感层的两侧，中间部分暴露在外部；两个上电极分别位于两个介质层之上。

2.根据权利要求1所述的一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器，其特征在于，下电极的宽度小于衬底的宽度，且大于湿度敏感层。

3.根据权利要求1所述的一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器，其特征在于，构成湿度敏感层的材料为聚酰亚胺或聚甲基丙烯酸甲酯。

4.根据权利要求1所述的一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器，其特征在于，构成气体敏感层的材料为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.根据权利要求1所述的一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器，其特征在于，构成衬底的材料为PET。

6.根据权利要求1所述的一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器，其特征在于，构成下电极的材料为ITO。

7.一种制作可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在衬底上制备下电极；

2)在所述步骤1)得到的下电极之上制备湿度敏感层；

4)在所述步骤3)得到的气体敏感层上制备两个介质层；

5)制备源电极和漏电极，得到所述柔性有机薄膜湿度传感器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的步骤1)中，制备下电极的方法为磁控溅射；

所述的步骤2)中，制备湿度敏感层的方法为旋涂；

所述的步骤3)中，制备气体敏感层的方法为旋涂；

所述的步骤4)中，制备两个介质层的方法为真空热蒸镀；

所述的步骤5)中，制备两个上电极的方法为电子束蒸发。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述的步骤1)中，磁控溅射的工作气压为2.5帕斯卡，溅射功率为140瓦，沉积时间为20分钟；

所诉步骤2)中，旋涂速度为6000转/分，旋涂时间为45秒；

所诉步骤3)中，旋涂速度为4500转/分，旋涂时间为30秒；

所述步骤4)中，真空度为8×10^-3帕斯卡以下，蒸镀速率为0.1埃/秒；

所诉步骤5)中，电子束蒸发的气压为6×10^-3帕斯卡，蒸发速率为0.25埃/秒。