一种多金属氧酸盐湿敏材料及其制备方法与应用

本发明涉及传感器材料，具体涉及一种多金属氧酸盐湿敏材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、随着信息化时代的到来，人们需要了解和探索复杂多变的环境，为了满足工农业等各个领域的需要，对周围环境的空气湿度进行检测，其中电阻型湿度传感器元件由于体积小，质量轻以及易于安装等优点被广泛关注。高效，可靠的湿度传感器具有越来越高的应用价值，而在湿度传感器中起着关键作用的高性能湿敏材料非常重要。近年来，金属氧化物，聚合物复合材料，新型纳米材料等广泛应用于湿度传感器领域，多金属氧酸盐具有良好的化学和物理性质，在各个传感领域已经得到了越来越多的关注。

2、至今为止，已经有多种材料被开发作为湿度敏感材料应用于湿度传感器中，专利文献cn202111110413.1公开了一种具有钙钛矿相结构的铁酸镧纳米纤维，该材料的电阻变化倍数为10-105。专利文献cn201811586481.3公开了一种电容型湿敏传感原材料，化学式为(na0.25nb0.75)0.05ti0.95o2，利用喷涂法负载到叉指电极表面，最终制得电容型湿敏传感原件。专利文献202111106868.6公开了一种快速响应恢复得比色湿敏材料及其制备方法和应用。其响应时间仅为1s，灵敏度高，特征颜色区分度好。专利文献cn201911395770.x公开了一种新型有序介孔有机-无机复合湿敏材料及其制备方法和应用，该材料有着较高的稳定性。

3、随着物联网技术发展，新一代的电子设备朝着便携化，可穿戴化发展，湿度传感器敏感特性不断提高，有一部分高性能器件已经能够做到快速，精准的测定环境湿度，可以基本满足人们对湿度测量的需求。然而，高性能、强稳定性的湿敏材料还是有待开发。

技术实现思路

1、为弥补现有技术的不足，本申请将结构稳定、性能优良的anderson型多酸作为湿敏材料。由于多金属氧酸盐的吸水性，其可以响应空气湿度变化，因为表面的亲水基团的存在，所设计的湿度传感器具有响应量程大，响应迅速，灵敏度高的优点。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多金属氧酸盐湿敏材料，该材料的名义化学式为：na3[crmo6(oh)6o18]·8h2o。

4、一种多金属氧酸盐湿敏材料的制备方法，具体步骤如下：

5、(1)将14.5gna2moo4·2h2o溶解于30ml去离子水中，滴加浓硝酸调节ph至4.5左右，(ph试纸测定)，得到无色溶液；

6、(2)将3.2gcrcl3·6h2o溶解于8ml去离子水中，得到绿色溶液；

7、(3)将上述两种溶液混合，并磁力搅拌至均匀，加热至沸腾并持续1min，从加热设备上拿到通风橱，静置，三天后，得到紫红色晶体，即为(na3[crmo6(oh)6o18]·8h2o，简写为crmo6)。

8、本发明的另一个目的在于提供一种多金属氧酸盐湿敏材料的应用，用于制备一种基于叉指电极的湿敏元件，具体制备方法如下；

9、(1)将得到的湿敏材料在研钵中研磨成粉末，称取2mg材料放置于研钵中；

10、(2)加入10μl去离子水混合均匀，然后研磨10min，直至研磨为均匀的胶状溶液；

11、(3)用滴管将胶状溶液均匀的涂抹于ag-pd电极表面，放置于烘箱中烘干，温度为70℃，烘干后的电极片表面层为淡紫色。

12、与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

13、本发明的制备工艺简单，获得的电阻型湿敏传感元件灵敏度高，响应迅速。本发明提供的电阻型湿敏传感元件，在11％rh-95％rh范围内内响应恢复性能良好，经过多次循环测试，每次湿度变化引起电阻的变化，信号非常一致，在稳定性测试中，测试结果的曲线表明，该湿敏元件有着较高的稳定性。

14、本发明的测试方法简单，在不同湿度瓶中切换，通过lcr精密电桥记录电阻变化，在11-95％湿度下切换，观察记录湿度变化曲线。该材料的最佳工作频率为100hz。

15、该材料具有电阻湿敏性，当湿度发生变化，电阻呈现响应变化，随着湿度增加，电阻变化倍数显著增加，在11％rh-95％rh湿度环境下电阻变化在107ω到105ω，跨越了两个数量级。

16、该材料具有良好的稳定性，在切换湿度的条件下，其在切换回11％的湿度环境时，电阻能保持在一个稳定区间。该材料在33％rh下的响应时间为0.8s，恢复时间为37s；在54％rh下的响应时间为1.4s，恢复时间为20s；在75％rh下的响应时间为1.1s，恢复时间为24s；

17、在85％rh下的响应时间为1.4s，恢复时间为9s；该材料在95％rh下的响应时间为1.2s，恢复时间为11s。

技术特征：

1.一种多金属氧酸盐湿敏材料，其特征在于，化学式为：na3[crmo6(oh)6o18]·8h2o。

2.一种多金属氧酸盐湿敏材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的多金属氧酸盐湿敏材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，钼酸钠为14.5g，调节ph为4.5，去离子水体积为30ml。

4.如权利要求1所述的多金属氧酸盐晶体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氯化铬为3.2g。

5.如权利要求1所述的多金属氧酸盐晶体的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，溶液a和溶液b混合的溶液沸点为206摄氏度，加热至沸腾的时间为半小时。

6.如权利要求1所述的多金属氧酸盐晶体的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，静置时间为三天，紫红色晶体研磨为粉末收集。

7.如权利要求1或2所述的多金属氧酸盐湿敏材料制备的电阻型湿度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的多金属氧酸盐湿敏材料制备的电阻型湿度传感器的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，湿敏材料为10mg，去离子水体积为10μl。

9.如权利要求7所述的多金属氧酸盐湿敏材料制备的电阻型湿度传感器的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，烘干时间为20分钟，温度为60℃。

技术总结
本发明属于传感器材料技术领域，公开了一种多金属氧酸盐湿敏材料及其制备方法与应用，所述湿敏材料分子式为Na<subgt;3</subgt;[CrMo<subgt;6</subgt;(OH)<subgt;6</subgt;O<subgt;18</subgt;]·8H<subgt;2</subgt;O，其制备方法为：将钼酸钠，氯化铬，通过水热法得到多酸晶体。其与水分子有良好相互作用，能够吸附/脱离水分子引起传感器电信号变化。将晶体研磨成粉末，利用涂抹法将制备材料负载到叉指电极表面，最终制备的湿度传感器亲水性好、灵敏度高、滞后性低、响应/恢复时间短，在多次循环后呈现稳定性好和响应迅速等优点。

技术研发人员：赵海燕,李稼祎,妮南,耿钰博,王利
受保护的技术使用者：大连民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14