一种无线无源柔性传感器及其制备方法和应用

本发明属于湿度传感器，具体涉及一种无线无源柔性传感器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，柔性传感器得到了广泛的关注和快速的发展。由于其具有良好的柔韧性、可弯曲性及可拉伸性等特点，使其在人体健康监测、智能纺织品、环境湿度监测等领域显示出巨大的应用潜力。其中环境湿度监测在气象、农业生产、测量控制和仪器设备保护等应用中至关重要。商用化有源湿度传感器具有快速响应、稳定性好、智能化的优势，但在一些特殊的情况下，如在恶劣的密封环境中很难将传统的湿度传感器置于狭小的密封环境中进行长期监测。同时，随着精密仪器的发展和广泛应用，其对环境湿度有更高的要求，传统的湿度传感器灵敏度较低难以满足更为苛刻的湿度监测要求。因此，开发高灵敏度的柔性湿度传感器具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种无线无源柔性传感器及其制备方法和应用，本发明提供的柔性传感器无需外部电源供电，可无线传输数据，具有较高的灵敏度能够在狭小的空间中精密监测环境湿度，扩大了传感器的应用范围。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性无线无源传感器，包括柔性基底、设置于所述柔性基底表面的平面螺旋电感和敏感电容和覆盖于所述敏感电容表面的湿敏薄膜；

3、所述平面螺旋电感和敏感电容串联连接；所述湿敏薄膜由单取代羧乙基紫精化合物构成。

4、优选的，所述敏感电容包括平面叉指电容或平行板电容；

5、所述湿敏薄膜的厚度为10～30μm；

6、所述平面螺旋电感的外径wout为20～40mm，内径win为10～30mm，线距wg为1～2mm，线宽wc为0.2～1mm，圈数ni为1～5，所述平面螺旋电感的膜厚度h为10～50μm；

7、所述叉指电极的对数nc为2～5对，长度lc为2～8mm，厚度h为10～50μm，线宽w为0.2～1mm，间隔g为1～2mm。

8、优选的，所述单取代羧乙基紫精化合物的制备方法包括以下步骤：

9、将2-溴乙酸和4,4'-联吡啶溶解于第一二氯甲烷中进行menshutkin反应，得到联吡啶单羧酸盐；

10、将所述联吡啶单羧酸盐、三乙胺和第二二氯甲烷混合进行去质子化反应后进行重结晶，得到所述单取代羧乙基紫精化合物。

11、优选的，所述2-溴乙酸和4,4'-联吡啶的质量比为0.7～2.8:0.82～3.28；

12、所述menshutkin反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的时间为1～2天。

13、优选的，所述2-溴乙酸的质量和三乙胺的体积比为0.7～2.8g:5ml；

14、所述去质子化反应在搅拌的条件下进行，所述去质子化反应的时间为7.5～8.5h。

15、优选的，所述重结晶用溶剂为水，所述重结晶的温度为20～35℃。

16、优选的，所述柔性基底包括pet基底、pi基底、pdms基底或ptfe基底。

17、本发明还提供了上述技术方案所述无线无源柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：

18、在柔性基底表面设置串联的平面螺旋电感和敏感电容后在所述敏感电容的表面滴加单取代羧乙基紫精化合物分散液，成膜，得到所述柔性无线无源传感器。

19、优选的，所述滴加单取代羧乙基紫精化合物分散液前还包括：将所述敏感电容进行亲水处理；

20、所述单取代羧乙基紫精化合物分散液的质量浓度为1.8～2.2mg/ml。

21、本发明还提供了上述技术方案所述柔性传感器或按照上述技术方案所述的制备方法制备得到的柔性无线无源传感器在监测环境湿度中的应用。

22、本发明提供了一种柔性无线无源传感器，包括柔性基底、设置于所述柔性基底表面的平面螺旋电感和敏感电容和覆盖于所述敏感电容表面的湿敏薄膜；所述平面螺旋电感和敏感电容串联连接；所述湿敏薄膜由单取代羧乙基紫精化合物构成。在本发明中，所述单取代羧乙基紫精化合物具有良好亲水性，且具有介电常数随吸附水分子含量变化的特性，本发明将其用于湿敏薄膜提高了传感器检测湿度的灵敏度；同时本发明通过电磁耦合的方式来实现信号的无线传输；本发明提供的柔性无线无源传感器能够轻易置于狭小密闭空间且能够精密监测环境湿度。

技术特征：

1.一种无线无源柔性传感器，其特征在于，包括柔性基底、设置于所述柔性基底表面的平面螺旋电感和敏感电容和覆盖于所述敏感电容表面的湿敏薄膜；

2.根据权利要求1所述无线无源柔性传感器，其特征在于，所述敏感电容包括平面叉指电容或平行板电容；

3.根据权利要求1或2所述无线无源柔性传感器，其特征在于，所述单取代羧乙基紫精化合物的制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述无线无源柔性传感器，其特征在于，所述2-溴乙酸和4,4'-联吡啶的质量比为0.7～2.8:0.82～3.28；

5.根据权利要求3所述柔性传感器，其特征在于，所述2-溴乙酸的质量和三乙胺的体积比为0.7～2.8g:5ml；

6.根据权利要求3所述无线无源柔性传感器，其特征在于，所述重结晶用溶剂为水，所述重结晶的温度为20～35℃。

7.根据权利要求1所述无线无源柔性传感器，其特征在于，所述柔性基底包括pet基底、pi基底、pdms基底或ptfe基底。

8.权利要求1～7任一项所述无线无源柔性传感器的制备方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述滴加单取代羧乙基紫精化合物分散液前还包括：将所述敏感电容进行亲水处理；

10.权利要求1～7任一项所述无线无源柔性传感器或按照权利要求8或9所述的制备方法制备得到的柔性传感器在监测环境湿度中的应用。

技术总结
本发明属于湿度传感器技术领域，具体涉及一种无线无源柔性传感器及其制备方法和应用。本发明提供的柔性传感器，包括柔性基底、设置于所述柔性基底表面的平面螺旋电感和敏感电容和覆盖于所述敏感电容表面的湿敏薄膜；所述平面螺旋电感和敏感电容串联连接；所述湿敏薄膜由单取代羧乙基紫精化合物构成。在本发明中，所述单取代羧乙基紫精化合物具有良好亲水性，且具有介电常数随吸附水分子含量变化的特性，本发明将其用于湿敏薄膜提高了传感器检测湿度的灵敏度；同时本发明通过电磁耦合的方式来实现信号的无线传输；本发明提供的柔性无线无源传感器能够轻易置于狭小密闭空间且能够精密监测环境湿度。

技术研发人员：卢革宇,王雨,王天双,孙鹏
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/18