基于壳聚糖的半导体聚合物湿度传感器的研究.pdf

摘要

湿度与人类的生产、生活密不可分，能够实现湿度的精准测量对各行各业都十

分重要，比如医疗设备的保护、农作物的种植、天气变化的监测等等领域。目前大

多数的湿度传感器的湿敏材料的导电性不强且耐水性弱，对湿度的检测很难达到

精确测量。因此，本论文以高分子聚合物材料壳聚糖(Chitosan,CS)为基体材料，分

别制备电阻型壳聚糖(CS)/二氧化锡(Tin-Dioxide,SnO)湿度传感器，壳聚糖(CS)/氧

2

化石墨烯(GrapheneOxide,GO)湿度传感器以及壳聚糖(CS)/氧化石墨烯(GO)/二氧

化锡(SnO)湿度传感器，并研究它们的湿敏性能。本论文的主要工作内容如下：

2

(1)采用溶液共混法和真空蒸发法制备了CS薄膜和CS/SnO2复合敏感薄膜湿

度传感器，通过表征手段对纯CS薄膜和CS/SnO2复合薄膜进行表征分析和湿敏特

性的测试。结果发现：CS/SnO2复合薄膜的湿敏特性相比纯的CS薄膜得到了很大

的改善，CS/SnO2复合薄膜的灵敏度为93.09，纯CS薄膜的灵敏度为45.46，其响

应/恢复时间为158s/100s，湿滞值在7%RH左右，具有很好的重复性和稳定性。在

相对湿度(RH)较高的情况下其响应度相比纯CS薄膜提高了1.63倍。最后讨论分

析湿敏材料的传感机理。

(2)通过溶液共混法和刷涂法制备了CS/GO湿度传感器，通过薄膜表征方法对

所制备的CS/GO复合薄膜进行了表征分析和性能测试。结果表明，不同质量分数

的CS/GO复合材料其响应度和灵敏度有很大不同。其中10wt%的CS/GO的复合

薄膜的灵敏度为112.17，湿滞值较低在5%RH左右，响应时间为146s，稳定性和

重复性好，并且响应度相对于纯CS也有很大的提高。最后分析了CS/GO复合材

料的湿度响应机理。

(3)制备了CS/GO/SnO2复合薄膜的湿度传感器，并通过薄膜表征手段对

CS/GO/SnO2复合薄膜进行了表征分析和对复合薄膜进行湿度特性的测试，结果表

明，CS/GO/SnO2复合薄膜相比CS薄膜，CS/SnO2复合薄膜和CS/GO复合薄膜的

湿敏性能有很大的提升。CS/GO/SnO2复合薄膜的灵敏度为113.56，响应/恢复时间

为95s/140s，湿滞在2%RH左右，拥有非常好的重复性和稳定性。最后分析了

CS/GO/SnO2复合薄膜高灵敏度湿度传感器的湿度敏感响应机理。

关键词：电阻型湿度传感器，湿敏性能，响应机理，壳聚糖，氧化石墨烯，二氧化

锡

ABSTRACT

Humidityisinseparablefromhumanproductionandlife,andtheabilitytoachieve

accuratehumiditymeasurementisveryimportanttoallindustries,suchastheprotection

ofmedicalequipment,plantingofcrops,monitoringofweatherchanges,andotherfields.

Mostofthecurrenthumiditysensorsaremadeofmoisture-sensitivematerialswithlow

conductivityandweakwaterresistance,whichmakesitdifficulttoachieveaccurate

measurementofhumidity.Therefore,inthisthesis,weusethepolymermaterialchitosan

(CS)asthebasematerialtoprepareresistivechitosan(CS)/tin-dioxide(SnO)humidity