聚酰亚胺薄膜基电容式湿度传感器

聚合物基湿度传感器具有灵敏度高、滞后性小、温度依赖性低等特点。根据驱动机制不同，湿度传感器通常可分为电阻型和电容型两种。其中，电容式湿度传感器是利用特征介电常数的变化，将介电常数高的水分子吸附在介电常数低的传感层上，即使在响应速度极低的湿度环境下也可准确测量。具有本征低介电常数的聚酰亚胺（PI）材料，因其响应速度快、耐温稳定性好等优点是代表性的传感材料。

?

为开发具有更高灵敏度、可适用于恶劣环境的湿度传感器，近期研究人员通过对聚合用单体的简单共混及热酰亚胺化，制备了结构可调控的共聚型PI薄膜，并将其应用于电容式湿度传感器的制备。

研究人员基于联苯二酐BPDA与含醚二胺ODA，分别引入酮羰基二酐BTDA、均苯二酐PMDA、含氟二酐6FDA作为共聚组分。首先聚合得到聚酰胺酸并经热酰亚胺化法得到系列共聚型PI薄膜。

研究结果表明，共聚型PI薄膜均表现出良好的耐热稳定性，热分解的拐点温度在500℃以上。不同共聚结构的薄膜具有较明显的吸水性能差异，引入BTDA组分的共聚薄膜具有最高的吸水率，而引入6FDA组分的吸水率最低。

以共聚型PI薄膜作为传感层，研究人员进一步制备了电容式湿度传感器，考察了传感器在不同时间、温度和湿度环境下的电容性能。研究发现，所制备的湿度传感器表现出良好的电容性能，共聚结构的引入对其有显著改善作用。

?

基于BPDA的原始均聚性PI薄膜在低湿度和高湿度循环中，表现出较大的电容滞后现象。通过共聚引入BTDA组分后，该电容滞后现象进一步增加，而引入疏水性的6FDA组分后则显示出更低的电容差，仅为1.0pF。

针对湿度、温度和时间的各种变化，基于BPDA/6FDA的传感器表现出最优异的湿度检测灵敏性，以及稳定的电容滞后。不管湿度如何，基于BPDA/6FDA的传感器随时间的变化表现出几乎稳定的电容，同时该类传感器对温度、湿度变化的稳定性也显著提高，即使90%湿度下15℃和45℃的电容差仅为4.8pF。

?

研究成果发表在国际学术期刊 Materials Letters （2020，268，127565），第一作者和通讯作者分别为韩国国立釜山大学、韩国电气研究院的I.J. Kim、J.E. Lee和S. Yu、J.H. Lee。

?

本文为聚酰亚胺科技?原创，微信号：PI-Doctor

内容仅用于交流，图片版权归作者及出版公司

点击阅读原文，关注同名微博获取更多聚酰亚胺资讯

聚酰亚胺科技QQ交流群：946804838

文献DOI: 10.1016/j.matlet.2020.127565