论文部分内容阅读
空气湿度的检测与人类的生活息息相关,在气象学、生物医学、工农业生产、储藏、建筑、林业等领域都有着重要意义;在日常生活中,环境湿度对人体的健康也有着重要的影响。因此,对环境湿度的高精度检测显得尤为重要。目前,电阻型、电容型湿度传感器应用较为广泛,但电阻型的湿度传感器在低湿范围内会由于阻抗较高而难以检出,且产品的互换性较差;而电容型的湿度传感器也存在高湿下漂移明显,对环境的洁净度要求较高,长期稳定性不够理想等一系列问题。而且这两类传统的湿度传感器都难以实现数字化输出,在一定程度上限制了其发展。QCM质量型湿度传感器输出的是频率值,可以实现数字化输出,具有检测精度高(可达ng量级)、灵敏度高、稳定性好等很多优点。但QCM本身并不具有吸附功能,需要在QCM的电极表面制备一层湿度敏感薄膜,使之构成一个QCM湿度传感器。本论文设计并制作了QCM振荡电路,搭建了QCM湿度传感器的检测系统,以改性碳纳米管作为湿敏材料制作了QCM湿敏元件,并研究了其在室温下的湿敏特性。首先,设计并制作了QCM的振荡电路,利用QCM湿敏元件、自制振荡电路、智能型频率计、计算机、湿度发生装置等,搭建了QCM湿度传感器的检测系统。其次,通过强酸氧化的处理方法对MWCNTs材料进行改性,并将其配制成湿敏材料分散液,采用滴涂工艺制作了一组不同敏感材料涂覆量的QCM湿敏元件。最后,对所制作的QCM湿敏元件进行一系列的湿度敏感特性的测试,分别从感湿特性、动态特性、湿滞特性、重复性、响应/恢复特性、稳定性及长期稳定性等方面对其湿敏特性进行了测试,并分析了材料的敏感机理。实验结果显示,酸氧化后的MWCNTs可以作为湿敏材料用在QCM湿度传感器上,其响应值与敏感膜的涂覆质量有关。在满足Sauerbrey方程的前提下,QCM湿度传感器的响应值会随着涂膜质量的增加而增大,但其它湿敏性能可能会受到影响变差,如湿滞变大、响应/恢复时间增加等。其中,QCM-8湿敏元件在11%RH~95%RH范围内显示出较好的综合湿敏特性,其响应时间为49 s,恢复时间为6 s,湿滞约为5%RH。