電子功能材料與元器件：第五章 濕度敏感器件

1、LOGO 濕敏元件制備及特性測試濕敏元件制備及特性測試 第五章 濕度敏感器件 LOGO （一）感濕膜材料制備（一）感濕膜材料制備 本本實驗所用的感濕材料是國產(chǎn)的疏水性甲基丙烯酸丁酯實驗所用的感濕材料是國產(chǎn)的疏水性甲基丙烯酸丁酯 （BuBu），親水性甲基丙烯酰羥乙），親水性甲基丙烯酰羥乙基基- -三三甲基氯化胺（甲基氯化胺（QbQb）以）以 不同的比例進行合成反應(yīng)，合成時用（不同的比例進行合成反應(yīng)，合成時用（BuBu）溶解引發(fā)劑過氧）溶解引發(fā)劑過氧 化苯甲酸（化苯甲酸（BPoBPo）向（）向（BuBu）溶液中加入適量的丙烯酸羥乙酯）溶液中加入適量的丙烯酸羥乙酯 （QcQc）作為交聯(lián)劑。經(jīng)過充分的

2、合成反應(yīng)便可制得所需的高）作為交聯(lián)劑。經(jīng)過充分的合成反應(yīng)便可制得所需的高 分子濕敏材料。分子濕敏材料。 一、濕敏元件的制作一、濕敏元件的制作 LOGO 圖圖 元件制作工藝流程圖元件制作工藝流程圖 二、元件制作二、元件制作 LOGO 二、元件二、元件制作制作 圖圖電阻電阻型濕敏元件的結(jié)構(gòu)示意圖及濕敏元件實物圖型濕敏元件的結(jié)構(gòu)示意圖及濕敏元件實物圖 LOGO 濕度標準及發(fā)生裝置的介紹濕度標準及發(fā)生裝置的介紹 v濕度發(fā)生裝置是指能在一定有限的空間中，濕度發(fā)生裝置是指能在一定有限的空間中， 定量地產(chǎn)生某一濕度的裝置。它是研究與定量地產(chǎn)生某一濕度的裝置。它是研究與 濕度有關(guān)問題時必須具備的實驗設(shè)備。目濕

3、度有關(guān)問題時必須具備的實驗設(shè)備。目 前，濕度發(fā)生裝置有各種各樣，一般都比前，濕度發(fā)生裝置有各種各樣，一般都比 較昂貴。利用飽和鹽法產(chǎn)生濕度源是較為較昂貴。利用飽和鹽法產(chǎn)生濕度源是較為 經(jīng)濟的手段，只要掌握其使用條件，可以經(jīng)濟的手段，只要掌握其使用條件，可以 達到較高的精度。達到較高的精度。 LOGO 飽和鹽溶液標準相對濕度飽和鹽溶液標準相對濕度 （國際建議）（國際建議） v（1 1）定義）定義 v飽和鹽溶液標準相對濕度表是以相對濕度飽和鹽溶液標準相對濕度表是以相對濕度 固定點的形式用于產(chǎn)生濕度標準的。這些固定點的形式用于產(chǎn)生濕度標準的。這些 相對濕度固定點代表一定溫度下不同飽和相對濕度固定點代

4、表一定溫度下不同飽和 鹽溶液的恒濕性。鹽溶液的恒濕性。 v恒濕溶液是指特定鹽的飽和溶液，該飽和恒濕溶液是指特定鹽的飽和溶液，該飽和 溶液在特定的溫度和壓力下，保持三相熱溶液在特定的溫度和壓力下，保持三相熱 力學(xué)平衡。由恒濕溶液復(fù)現(xiàn)的物理量是在力學(xué)平衡。由恒濕溶液復(fù)現(xiàn)的物理量是在 給定的溫度和壓力下的飽和鹽溶液上方空給定的溫度和壓力下的飽和鹽溶液上方空 氣的相對濕度值。氣的相對濕度值。 LOGO （2 2）飽和鹽溶液的使用條件）飽和鹽溶液的使用條件 v恒濕溶液在下列標準條件下復(fù)現(xiàn)相對濕度值：恒濕溶液在下列標準條件下復(fù)現(xiàn)相對濕度值： v、溶液上方水蒸氣和混合物的總壓接近標、溶液上方水蒸氣和混合物的

5、總壓接近標 準大氣壓準大氣壓101325Pa101325Pa； v、固體、液體（溶液）和氣體（空氣和水、固體、液體（溶液）和氣體（空氣和水 蒸氣混合物）存在熱力學(xué)平衡；蒸氣混合物）存在熱力學(xué)平衡； v、溶液處于適當?shù)臏囟认?；、溶液處于適當?shù)臏囟认拢?v由于相對濕度與溫度密切相關(guān)，恒濕溶液對由于相對濕度與溫度密切相關(guān)，恒濕溶液對 溫度穩(wěn)定性有一定的要求。必須提供一些條溫度穩(wěn)定性有一定的要求。必須提供一些條 件避免溫度的驟變，也要避免從一個工作場件避免溫度的驟變，也要避免從一個工作場 所到另一個工作場所的溫差。所到另一個工作場所的溫差。 LOGO (3)(3)恒濕溶液恒濕溶液 v恒濕溶液是由一組恒

6、濕溶液是由一組1111個濕度固定點（個濕度固定點（HFPHFP） 組成的，飽和鹽溶液標準相對濕度值借助組成的，飽和鹽溶液標準相對濕度值借助 于于1111種飽和鹽獲得。標準相對濕度值在溫種飽和鹽獲得。標準相對濕度值在溫 度度2020以下，其范圍大致從以下，其范圍大致從4%RH4%RH到到98%RH98%RH。 LOGO 表表1. 1. 標準相對濕度值由以下無機鹽溶液組成標準相對濕度值由以下無機鹽溶液組成 HFP4HFP4氟化銫氟化銫CsFCsF溫度從溫度從1515至至8080 HFP7HFP7溴化鋰溴化鋰LiBrLiBr溫度從溫度從55至至8080 HFP11HFP11氯化鋰氯化鋰LiClLiC

7、l溫度從溫度從55至至8080 HFP23HFP23醋酸鉀醋酸鉀CHCH3 3COOKCOOK溫度從溫度從1010至至3030 HFP33HFP33氯化鎂氯化鎂MgClMgCl2 2溫度從溫度從55至至8080 HFP43HFP43碳酸鉀碳酸鉀 K K2 2COCO3 3溫度從溫度從55至至3030 HFP59HFP59溴化鈉溴化鈉NaBrNaBr溫度從溫度從55至至8080 HFP70HFP70碘化鉀碘化鉀KIKI溫度從溫度從55至至8080 HFP75HFP75氯化鈉氯化鈉NaClNaCl溫度從溫度從55至至8080 HFP85HFP85氯化鉀氯化鉀KClKCl溫度從溫度從55至至8080

8、 HFP98HFP98硫酸鉀硫酸鉀K K2 2SOSO4 4溫度從溫度從55至至5050 HFP：在給定溫度點，飽和鹽溶液上方的相對濕度值：在給定溫度點，飽和鹽溶液上方的相對濕度值 LOGO （4 4）復(fù)現(xiàn)飽和鹽溶液標準）復(fù)現(xiàn)飽和鹽溶液標準 相對濕度值的裝置相對濕度值的裝置 v恒濕鹽溶液應(yīng)放恒濕鹽溶液應(yīng)放 入密閉的測量容入密閉的測量容 器器一個適合于一個適合于 容納所檢測濕度容納所檢測濕度 計形狀和容積的計形狀和容積的 恒濕箱。恒濕箱恒濕箱。恒濕箱 應(yīng)由耐腐蝕的非應(yīng)由耐腐蝕的非 親水性材料做成，親水性材料做成， 它應(yīng)該具有易于它應(yīng)該具有易于 清潔的簡單形狀。清潔的簡單形狀。瓶裝飽和鹽溶液實物圖

9、瓶裝飽和鹽溶液實物圖 LOGO ZL5ZL5型型LCRZLCRZ測試儀的基本使用方法測試儀的基本使用方法 v智能智能LCRLCR測量儀（以下簡稱電橋）是采用微測量儀（以下簡稱電橋）是采用微 機控制的電感、電容和電阻自動測量、偏機控制的電感、電容和電阻自動測量、偏 差比較和阻抗測量儀。差比較和阻抗測量儀。 圖圖1. 顯示器外觀顯示器外觀 圖圖2. 操作面版操作面版 LOGO v 高分子電阻型濕敏元件在不同高分子電阻型濕敏元件在不同 相對濕度下阻抗隨頻率的變化相對濕度下阻抗隨頻率的變化 曲線曲線 頻率特性頻率特性 高分子電阻型濕敏元件在不同頻率下高分子電阻型濕敏元件在不同頻率下 阻抗隨相對濕度的變

10、化曲線阻抗隨相對濕度的變化曲線 LOGO 濕滯特性濕滯特性 高分子電阻型濕敏元件的濕滯特性曲線高分子電阻型濕敏元件的濕滯特性曲線 LOGO 電壓特性電壓特性 高分子電阻型濕敏元件的電壓特性曲線高分子電阻型濕敏元件的電壓特性曲線 LOGO 高分子電阻型濕敏元件在不 同頻率下容抗隨相對濕度的 變化曲線 高分子電阻型濕敏元件在 不同相對濕度下容抗隨頻 率的變化曲線 容抗特性 LOGO 響應(yīng)曲線響應(yīng)曲線 LOGO LOGO v濕敏電阻并不是一個理想的純電阻，它既濕敏電阻并不是一個理想的純電阻，它既 含有電阻部分又含有電容部分，而且常常含有電阻部分又含有電容部分，而且常常 是兩個部分同時起作用。采用是兩

11、個部分同時起作用。采用“復(fù)阻抗復(fù)阻抗” 這個物理量來表示元件特性在不同的濕度這個物理量來表示元件特性在不同的濕度 環(huán)境中的變化。環(huán)境中的變化。 v“復(fù)阻抗復(fù)阻抗”包含電阻、電容、電感三部分，包含電阻、電容、電感三部分， 與測試頻率有關(guān)與測試頻率有關(guān) 濕敏機理的分析濕敏機理的分析 LOGO v電阻代表一種導(dǎo)電的載流子，而電容代表電阻代表一種導(dǎo)電的載流子，而電容代表 一種極化的過程。一種極化的過程。元件處于不同的濕度條元件處于不同的濕度條 件下，具有不同的導(dǎo)電類型，件下，具有不同的導(dǎo)電類型，也就是載流也就是載流 子的子的類型不同類型不同。在低濕環(huán)境中導(dǎo)電粒子以。在低濕環(huán)境中導(dǎo)電粒子以 電子導(dǎo)電為主。隨著濕度的進一步增加，電子導(dǎo)電為主。隨著濕度的進一步增加， 電離的程度也增強，高濕區(qū)，吸附的水分電離的程度也增強，高濕區(qū)，吸附的水分 子已經(jīng)達到飽和，這時的電離程度最大，子已經(jīng)達到飽和，這時的電離程度最大， 電子對復(fù)阻抗的貢獻已經(jīng)體現(xiàn)不出來了，電子對復(fù)阻抗的貢獻已經(jīng)體現(xiàn)不出來了， 電離起主要作用。電離起主要作用。 濕敏機理的分析濕敏機理的分析 LOGO v高分子的濕敏元件的導(dǎo)電粒子在不同的濕高分子的濕敏元件的導(dǎo)電粒子在不同的濕 度環(huán)境下，有所不同。在低濕段，主要以度環(huán)境下，有所不同。在低濕段，主要以 電子導(dǎo)電為主（電子導(dǎo)電為主（e e）；而在中濕段，離子）；而