集成加热功能高分子电容式湿度传感器研究

针对高空气象探测领域中温湿度骤变产生水分凝结而影响测量精度问题，开展了集成加热功能的湿度传感器研究，通过仿真手段，优化了加热器结构；通过对感湿膜成膜工艺进行研究，提高了传感器灵敏度、降低了湿滞和响应时间；通过将MEMS工艺与有机薄膜成膜工艺相结合，实现了湿度传感器制作。按照湿度传感器测试方法进行了性能测试，结果表明，该湿度传感器灵敏度> 0.40 pF/%RH、湿滞<1.5%RH、非线性<1.5%、响应时间<2 s；对加热器除湿能力进行了试验，结果表明，启动加热2 s即可有效去除湿度传感器表面的液态水滴。     

多孔硅相对湿度传感器的设计

基于对三明治型与平铺型两种多孔硅湿度传感器结构的灵敏度分析与比较,结合两种结构的优点,设计出新的传感器的结构。通过对该结构湿度传感器的性能测试,得出该传感器的灵敏度为1.1 pF/RH%,响应时间为73 s,温度湿度系数为0.5%RH/℃,该湿度传感器适用于在中低湿环境中测量,在每隔20 d的时间对传感器跟踪测试,证明该传感具有较好的稳定性。此外为了传感器可以自解吸附,该传感器采用多晶硅为传感器加热除湿,在金属电极上溅射一层钝化层以防止电极被水汽腐蚀。     

高空湿度探测用加热式湿度传感器的研制

为实现高空高湿环境下对湿度的准确测量,本文设计和研究了集成加热功能的湿度传感器,在探空仪进行高空湿度探过程中利用两只加热式湿度传感器进行轮流加热除湿和湿度测量。通过对聚酰亚胺湿敏材料进行改性和合成,设计和制作了加热式的电容型湿度传感器,其灵敏度为0.2195 pF/%RH、响应时间小于1 s、湿滞为4.8%RH、半年漂移量在±0.3%RH以内。通过分析不同温度下的加热恢复时间,制定了加热式湿度传感器轮流工作的机制,轮流加热时间和周期分别为2s和120 s。并利用数据采集电路以及GPS探空仪对加热式湿度传感器进行了地面静态性能和高空动态性能测试,其高空湿度探测结果与VA SALA RS92的显示出较好的一致性和较低的湿度误差。本文研制的加热式湿度传感器能具有良好的地面性能,实现了交替加热除湿和湿度测量的功能,具有高空湿度探测的应用潜力。     

基于LCP衬底的柔性湿度传感器研究

介绍了一种新型柔性电容式湿度传感器.该柔性电容式湿度传感器采用液晶高分子聚合物(LCP)作为衬底,金属铜(Cu)作为叉指电极,聚酰亚胺(PI)作为湿度传感器的湿敏介质.LCP衬底的应用使得该传感器具有良好的柔性和可弯曲性.该柔性湿度传感器与传统硅基湿度传感器相比较具有成本低廉、结构简单、制作方便等优点.该柔性湿度传感器在25℃下的平均灵敏度为0.04%pF/%RH,最大回滞为±4.16%RH,其平均灵敏度在25℃~70℃范围内受温度影响较小.在25℃下其响应时间和恢复时间分别为36 s和39 s.该柔性湿度传感器可以应用于环境湿度检测、人工电子皮肤系统和可穿戴设备等领域.     

双加热湿度传感器的CFD分析与加热策略设计

探空气象观测中湿度传感器表面结冰、结霜等污染物会降低其测量精度,双加热湿度传感器为该问题的解决提供了可能。为了实现对双加热湿度传感器加热策略进行优化设计,必须研究其稳态及瞬态工作状况。本文采用计算流体动力学(CFD)方法针对测量周期的四个阶段进行了优化设计。利用稳态分析模拟出两个湿度传感器不同间距下的相互影响情况。利用瞬态分析模拟出升温时间和冷却时间特性。传感器测量周期随气压不同在45 s～145 s之间变化。在探空仪上升速度为6 m/s的条件下,两个传感器之间的距离不小于3 mm时,两者互不影响。提出高空和低空两种模式加热策略,分别采用温度降幅为40℃和46℃的测量周期。     

退火对电容型硅纳米孔柱阵列湿度传感器性能的影响

基于硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)制备电容型湿度传感元件,并在250℃、450℃和550℃三个温度下对元件进行退火处理。测试数据显示,在测试温度低于550℃时,Si-NPA湿敏元件灵敏度随退火温度的升高而增大,但响应时间略微延长,湿滞回差略微增大;550℃退火后,元件的灵敏度急剧降低。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)对不同温度退火的硅纳米孔柱阵列表面形貌进行观察,发现550℃退火元件的微观多孔结构发生了明显变化,即多孔结构致密化。结果表明,通过合适温度退火可以显著提高Si-NPA湿敏元件灵敏度,同时仍然保持较快的响应速度和较小的湿滞回差。     

基于ZnFe2O4纳米材料的低温型H2S气敏元件的设计与实现

以无机盐为原料,液相合成了ZnFe2O4纳米粉体,通过XRD,TEM等手段对粉体的晶体结构、形貌等进行表征并研制了厚膜型气敏元件.结果表明:产物为尖晶石结构,粒径尺寸分布为10 nm~30 nm,平均粒径约为14 nm.在40℃~400℃的温度范围内,采用静态配气法测定元件的气敏性能,发现ZnFe2O4气敏元件在150℃的工作温度下对体积比浓度为1×10-3 (V/V0)、1×10-4(V/V0)的H2S气体的灵敏度分别高达244.34和83.31;在此工作温度下对1×10-4(V/V0)的H2S气体响应时间2 s,恢复时间为5 s.在40℃对1×10-3(V/V0)的H2S气体的灵敏度达到111.00.     

微米纳米学会推荐-基于电学修正多晶硅纳米薄膜的压力传感器

为了进一步提高多晶硅纳米薄膜压力传感器的性能,本文使用80nm厚度的多晶硅纳米薄膜作为压力传感器的压敏电阻,设计制作了一款压力传感器。压力传感器制备封装完毕后,利用电学修正技术使多晶硅纳米薄膜压敏电阻更精确地匹配。本文对压力传感器的制备流程进行了完整描述,在25℃至200℃的温度范围内,测试了压力传感器的性能。压力传感器的满量程为0.6MPa,在25℃和200℃时,灵敏度分别为22.19mV/V/MPa和18.30mV/V/MPa;在没有外界补偿的情况下,灵敏度的温度系数约为?0.10%/℃。在25℃和200℃时,失调分别是1.653mV和1.615mV, 失调的温度系数约为?0.013%/℃. 由于电学修正多晶硅纳米薄膜具有良好的压阻特性和温度稳定性,压力传感器表现出较好的性能。     

甲醛气敏元件的研制

用溶胶凝胶(sol-gel)法制备了纳米SnO2材料。材料的平均粒径为15 nm。制作了旁热式甲醛气敏元件,对不同气体体积分数、不同温度下元件的灵敏度以及元件的响应恢复时间进行了测试。试验证明:元件工作的最佳加热电压为2.5 V,元件的响应时间约为25 s,恢复时间约为40 s。     

高分子湿度传感器的信号提取方法

设计了高分子湿度传感器信号提取电路,这一电路基于高分子湿度传感器结构简单、响应时间快等特点,将其输出信号以A/D转换值的形式为下级智能化仪器提供数据源。试验结果表明:高分子湿度传感器输出信号符合二次拟合曲线变化规律。     

Nano-grass polyimide-based humidity sensors

This paper deals with a micro-capacitive-type relative humidity sensor with nano-grass polyimide as a dielectric sensing material. Our humidity sensor achieves key performance indices such as quick response, high sensitivity, and stability enabled by the modification of polyimide into nano-grass morphology where the dimension of a typical individual pillar is 387 nm × 40 nm. A low hysteresis operation is also achieved by integrating a micro-heater in the sensing area. The nano-grass morphology is created with an oxygen plasma treatment on polyimide surface which increases surface to volume ratio by more than 280 times larger than that of a simple flat-film. This amplification of the surface to volume ratio leads to the rapid adsorption and desorption of water into the sensing material. Furthermore the oxygen plasma treatment introduces a carbonyl group that facilitates an enhanced affinity of the polyimide surface to water molecules. XPS analysis is used to confirm the emergence of carbonyl groups as a result of the treatment. The total response time of a nano-grass sensor is 11 s which is improved by about 2.5 times than a normal flat-film sensor. The sensitivity of the nano-grass sensor is 0.08 pF/%RH (relative humidity) which is improved by 8 times compared with the flat-film one. In stability test for 200 h, the signal of the nano-grass sensor is fluctuated ±1.0%RH. Theoretical models employing the Looyenga and Dubinin equations are used to explain the behavior of the nano-grass sensor.     

A high-sensitivity polyimide capacitive relative humidity sensorfor monitoring anodically bonded hermetic micropackages

This paper presents the design, fabrication and complete characterization of a high-sensitivity polyimide-based humidity sensor for monitoring internal humidity level in anodically bonded hermetic micropackages. This capacitive sensor is 1 mm on a side and utilizes CU1512 polyimide film with a thickness in the range from 300 Å to 1200 Å sandwiched between two metal electrodes to sense moisture. The measured sensitivity for a sensor with a 1200-Å-thick film is 0.86 pF/%RH, and for a 300-Å-thick sensor is 3.4 pF/%RH. The sensor has been exposed to and survived a one-hour test at 400°C, which is the temperature typically used to perform anodic bonding. Measurements show a drift of less than 1% RH at 50% RH and 37°C for 48 h, and a hysteresis of <2% RH over a range from 30 to 70% RH for a 1200-Å-thick polyimide film sensor. The measured breakdown voltage of the sensor (1200 Å thick) exceeds 20 V and agrees well with other results     

PPB级锆基安培型NO气体传感器性能的研究

采用丝网印刷技术制备了以In2O3为敏感电极的锆基安培型三电极NO传感器用以探测10-9级NO气体。用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对该传感器进行了理化分析;通过测量其在不同温度和不同NO浓度的气氛中的伏安特性曲线和时间响应曲线,研究了传感器的电流输出信号和NO浓度的关系以及时间响应特性。实验表明：在350℃~500℃测试温度范围内,极化电压为-60 mV,NO浓度变化为0~900×10-9时传感器响应电流的变化值Δcurrent和NO浓度之间存在较好的线性关系并且传感器在400℃时响应值最大。在被测气体总流量为100 cm3/min时,传感器信号90%的响应和恢复时间分别为18 s和12 s。传感器信号不受CO2浓度变化的影响,传感器的响应信号在测试时间里具有较好短期稳定性,但长期稳定性有待进一步提高。本文还采用阻抗谱分析方法对传感器的响应机理进行了初步的探索。     

基于MWCNTs/Nafion复合膜的高性能声表面波湿敏传感器研究

湿度检测广泛应用于工业、医疗等各个领域,对高性能湿度传感器的需求日趋迫切。首先对声表面波传感器敏感机理进行了深入的分析,得到影响其性能的主要因素。在此基础上研制出一种以多壁碳纳米管(MWCNTs)和Nafion复合材料为湿敏膜,高频声表面波谐振器为换能元件的高性能湿敏传感器。实验表明,制得的湿敏传感器在宽湿度范围内(1...     

High relative humidity measurements using gelatin coated long-period grating sensors

A long-period grating (LPG) coated with gelatin was developed as a high relative humidity (RH) sensor. The resonance dip or coupling strength of the LPG spectrum varies with RH. Experimental investigations on the sensor yield a sensitivity of 0.833%RH/dB with an accuracy of ±0.25%RH, and a resolution of ±0.00833%RH. The LPG RH sensor also offers repeatability, hysteresis and stability errors of less than ±0.877, ±0.203 and ±0.04%RH, respectively. In addition to the characterization of the LPG RH sensor, further studies were conducted to determine the effect of grating periodicities on the sensitivity of the sensor. Results show that higher order cladding modes from smaller grating periods enable the sensor to achieve higher sensitivity to humidity. This method is proposed to be more cost effective as compared to more complex spectroscopic methods based on wavelength detection. This sensor can also help to solve problems in measuring high humidity with existing relative humidity measurement systems.     

常压等离子体射流沉积ZnO及其传感特性研究

提出了一种环保、高效、低成本的传感器制作方法.应用等离子体射流喷枪沉积ZnO半导体材料,其中等离子体射流喷枪的气源为N2,电源采用输出频率为20 kHz的高频高压电源.使用Zn(NO3)2的水溶液作为前驱物,经过雾化装置形成气溶胶,气溶胶在等离子体的氛围中成功在衬底上沉积出一层ZnO半导体材料,通过XRD、SEM、UV-Vis等对其进行表征分析.并对基于该方法制备的ZnO湿度传感器性能进行表征.ZnO沉积时间为5 min时的灵敏度最高,低湿和高湿下分别为0.435 pF/% RH和19.634 pF/% RH,同时该样品的迟滞、响应时间与恢复时间亦是最优.