一种基于吸湿材料的湿度探测装置的制作方法

1.本发明涉及湿度探测领域，具体涉及一种基于吸湿材料的湿度探测装置。


背景技术：

2.湿度探测在气象、农业、工业、军事等领域有着广泛的应用。现有技术中，大多数湿度探测装置是基于机械、干湿球、电容、电阻、压阻或光学原理的。
3.对于机械式湿度仪是根据随着湿度的变化，有机物质会发生膨胀和收缩，感湿元件可以是人类的毛发、牛肠、织物原料、塑料等。干湿球湿度仪是由两个配套的温度传感器组成，湿气流入这两个传感器；其中一个传感器包在一个有孔的介质中，例如纱布，通过吸收作用从储水槽中吸收水使其保持湿润；水分以一定的速率从纱布上蒸发，而这个速率与空气湿度有关；蒸发使得湿的传感器冷却，通过温度计算来确定湿度。机械式湿度探测和干湿球湿度探测的灵敏度低。基于光学原理的湿度探测器是基于光路中光强、波长、相位等的变化确定环境湿度。基于光学原理的湿度探测具有灵敏度高的优点，但是由于基于光学原理的湿度探测器需要用到光源、光探测器等设备，所以成本高。
4.电子阻抗式湿度探测器主要包括电容式湿度探测器和电阻式湿度探测器。通过测量电容或电阻或两者结合的变化量确定环境的湿度。为了提高湿度探测的灵敏度，通常采用薄膜技术。这类湿度探测器具有体积小、轻便、易携带等优点。但是，传统电阻式湿度探测装置中，湿度对敏感物质电阻的改变较小，湿度探测的灵敏度低。


技术实现要素：

5.为解决以上问题，本发明提供了一种基于吸湿材料的湿度探测装置，包括基底、凹槽、二维过渡金属硫属化合物层、第一电极、第二电极、吸湿材料部，凹槽设置在基底的表面，二维过渡金属硫属化合物层置于基底和凹槽上，二维过渡金属硫属化合物层覆盖凹槽，第一电极和第二电极分别置于二维过渡金属硫属化合物层上凹槽的两侧，吸湿材料部置于二维过渡金属硫属化合物层上凹槽的顶部。在待测环境中，吸湿材料部吸收环境中的水分，改变了二维过渡金属硫属化合物层的导电特性，通过第一电极和第二电极的测量，实现湿度探测。
6.更进一步地，吸湿材料部的中部厚，吸湿材料部的边缘薄。
7.更进一步地，还包括第二吸湿材料部，第二吸湿材料部固定在二维过渡金属硫属化合物层的下表面吸湿材料部的中部处。
8.更进一步地，吸湿材料部的表面为粗糙表面。
9.更进一步地，第二吸湿材料部的表面为粗糙表面。
10.更进一步地，第二吸湿材料部的中部厚，第二吸湿材料部的边缘薄。
11.更进一步地，第二吸湿材料部的尺寸小于吸湿材料部的尺寸。
12.更进一步地，吸湿材料部和第二吸湿材料部的材料为聚酰亚胺。
13.更进一步地，二维过渡金属硫属化合物层的材料为硫化钼、碲化钼、硒化钼、硫化
钨、碲化钨、硒化钨。
14.更进一步地，基底的材料为绝缘材料。
15.本发明的有益效果：本发明提供了一种基于吸湿材料的湿度探测装置，包括基底、凹槽、二维过渡金属硫属化合物层、第一电极、第二电极、吸湿材料部，凹槽设置在基底的表面，二维过渡金属硫属化合物层置于基底和凹槽上，二维过渡金属硫属化合物层覆盖凹槽，第一电极和第二电极分别置于二维过渡金属硫属化合物层上凹槽的两侧，吸湿材料部置于二维过渡金属硫属化合物层上凹槽的顶部。应用时，将本发明置于待测空间内，吸湿材料部吸湿膨胀，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层内的应力，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层的导电特性，通过第一电极和第二电极测量二维过渡金属硫属化合物层导电特性的变化，实现待测湿度探测。在本发明中，在吸湿材料部处，二维过渡金属硫属化合物层下面是悬空的，吸湿材料部吸收后，增加了自身的重量，也就增加了对二维过渡金属硫属化合物层的压力，从而更进一步地改变了二维过渡金属硫属化合物层的应力，从而更进一步地改变了二维过渡金属硫属化合物层的导电特性，从而更进一步地提高了湿度探测的灵敏度。
16.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
17.图1是一种基于吸湿材料的湿度探测装置的示意图。
18.图2是又一种基于吸湿材料的湿度探测装置的示意图。
19.图3是再一种基于吸湿材料的湿度探测装置的示意图。
20.图中：1、基底；2、凹槽；3、二维过渡金属硫属化合物层；4、第一电极；5、第二电极；6、吸湿材料部；7、第二吸湿材料部。
具体实施方式
21.现将详细参照本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本发明。
22.实施例1
23.本发明提供了一种基于吸湿材料的湿度探测装置。如图1所示，该基于吸湿材料的湿度探测装置包括基底1、凹槽2、二维过渡金属硫属化合物层3、第一电极4、第二电极5、吸湿材料部6。凹槽2设置在基底1的表面。基底1的材料为绝缘材料。优选地，基底1的材料为二氧化硅。凹槽2的形状不做具体限制。凹槽2的形状可以为方形或楔形。二维过渡金属硫属化合物层3不会接触凹槽2的底部。二维过渡金属硫属化合物层3置于基底1和凹槽2上，二维过渡金属硫属化合物层3覆盖凹槽2，并且二维过渡金属硫属化合物层3的边缘固定在凹槽2旁边的基底1上。更进一步地，在图1中，在左右两侧覆盖凹槽2；而在内外两侧不覆盖凹槽2，便于设置二维过渡金属硫属化合物层3和吸湿材料部6吸湿后，能够更多地改变二维过渡金属硫属化合物层3内的应力。二维过渡金属硫属化合物层3的材料为硫化钼、碲化钼、硒化钼、硫化钨、碲化钨、硒化钨。二维过渡金属硫属化合物层3中二维过渡金属硫属化合物的层数少于10层，以增强二维过渡金属硫属化合物层3导电特性对其应力及界面的敏感性。第一电极4和第二电极5分别置于二维过渡金属硫属化合物层3上凹槽2的两侧，用以测量二维过渡
金属硫属化合物层3的导电特性。第一电极4和第二电极5的材料为金或银或铂。吸湿材料部6置于二维过渡金属硫属化合物层3上凹槽2的顶部。吸湿材料部6的材料为聚酰亚胺。聚酰亚胺具有良好的吸水特性，吸收水分后能够发生明显的线性膨胀。吸湿材料部6的长度小于凹槽2的宽度，以便于在吸湿材料部6的压力下，二维过渡金属硫属化合物层3弯曲。
24.应用时，将本发明置于待测空间内，吸湿材料部6吸湿膨胀，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层3内的应力，从而改变了二维过渡金属硫属化合物层3的导电特性，通过第一电极4和第二电极5测量二维过渡金属硫属化合物层3导电特性的变化，实现待测湿度探测。在本发明中，在吸湿材料部6处，二维过渡金属硫属化合物层3下面是悬空的，吸湿材料部6吸收后，增加了自身的重量，也就增加了对二维过渡金属硫属化合物层3的压力，从而更进一步地改变了二维过渡金属硫属化合物层3的应力，从而更进一步地改变了二维过渡金属硫属化合物层3的导电特性，从而更进一步地提高了湿度探测的灵敏度。
25.在本发明中，优选地，二维过渡金属硫属化合物层3是由多个少层二维过渡金属硫属化合物组成的。例如，9层的二维过渡金属硫属化合物层3是由3个3层的二维过渡金属硫属化合物转移组成的。这样一来，相邻二维过渡金属硫属化合物层之间设有明显的界面，当吸湿材料部6施加拉力或重力时，还改变了相邻二维过渡金属硫属化合物层之间的界面。由于二维过渡金属硫属化合物层3的电阻非常小，上述界面对其电阻的影响非常大，所以将二维过渡金属硫属化合物层3设置为由多层构成提高了湿度探测的灵敏度。
26.实施例2
27.在实施例1的基础上，如图2所示，吸湿材料部6的中部厚，吸湿材料部6的边缘薄。相当于中部重，边缘轻。这样一来，吸湿材料部6对二维过渡金属硫属化合物层3的作用集中在二维过渡金属硫属化合物层3的中部，便于二维过渡金属硫属化合物层3弯曲，更多地改变二维过渡金属硫属化合物层3的导电特性，从而实现更高灵敏度的湿度探测。
28.实施例3
29.在实施例2的基础上，如图3所示，还包括第二吸湿材料部7，第二吸湿材料部7固定在二维过渡金属硫属化合物层3的下表面吸湿材料部6的中部处。第二吸湿材料部7的材料为聚酰亚胺。第二吸湿材料部7也会吸收待测环境中的水汽，增加对二维过渡金属硫属化合物层3的作用，更多的改变二维过渡金属硫属化合物层3的应力及其与吸湿材料之间的界面，所以能够更多地改变二维过渡金属硫属化合物层3的导电特性，能够实现更高灵敏度的湿度探测。传统湿度探测装置均在敏感物质的一个侧面改变敏感物质的导电特性，本实施通过应用凹槽2在敏感物质的两个侧面改变其导电特性，所以能够更多地改变敏感物质的导电特性，从而实现更高灵敏度的湿度探测。
30.更进一步地，吸湿材料部6和第二吸湿材料部7的表面为粗糙表面，增加了吸湿材料部6和第二吸湿材料部7与环境的接触面积，以增强吸湿材料部6和第二吸湿材料部7的吸湿能力，提高湿度探测的灵敏度。
31.更进一步地，第二吸湿材料部7的中部厚，第二吸湿材料部7的边缘薄。这样一来，不仅保证了第二吸湿材料部7的吸湿能力，而且便于二维过渡金属硫属化合物层3在第二吸湿材料部7处弯曲，更多地改变二维过渡金属硫属化合物层3的导电特性，提高湿度探测的灵敏度。
32.更进一步地，第二吸湿材料部7的尺寸小于吸湿材料部6的尺寸，以便于二维过渡
金属硫属化合物层3在第二吸湿材料部7处弯曲，更多地改变二维过渡金属硫属化合物层3的导电特性，从而实现更高灵敏度的湿度探测。
33.实施例4
34.在实施例1的基础上，还包括承载膜，承载膜覆盖凹槽2，并固定在凹槽旁边的基底1表面上。二维过渡金属硫属化合物层3设置在承载膜上，并延伸至基底1的表面上，第一电极4和第二电极5仍然设置在基底1上的二维过渡金属硫属化合物层3上，吸湿材料部6仍然设置在二维过渡金属硫属化合物层3上。由于承载膜的存在，吸湿材料部6可以设置较大体积，二维过渡金属硫属化合物层3能够承受更大的压力，降低了实验制备难度。另外，承载膜的材料为半导体材料，优选地，承载膜的材料为硅。也就是承载膜为硅膜。二维过渡金属硫属化合物层3设置在硅膜上。硅膜的厚度根据实际需要进行设置。一般来说，硅膜的厚度小于10微米，以保证装置的灵敏度。当吸湿材料部6吸湿后，不仅改变了二维过渡金属硫属化合物层3中的应力，而且改变了二维过渡金属硫属化合物层3与硅膜之间的界面，从而更多地改变第一电极4和第二电极5之间材料的导电特性，从而实现更高灵敏度的湿度探测。
35.尽管已经示出并描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应认识到：在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，其中，本发明的范围在权利要求中限定。

技术特征：
1.一种基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于，包括基底、凹槽、二维过渡金属硫属化合物层、第一电极、第二电极、吸湿材料部，所述凹槽设置在所述基底的表面，所述二维过渡金属硫属化合物层置于所述基底和所述凹槽上，所述二维过渡金属硫属化合物层覆盖所述凹槽，所述第一电极和所述第二电极分别置于所述二维过渡金属硫属化合物层上所述凹槽的两侧，所述吸湿材料部置于所述二维过渡金属硫属化合物层上所述凹槽的顶部。2.如权利要求1所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：所述吸湿材料部的中部厚，所述吸湿材料部的边缘薄。3.如权利要求2所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：还包括第二吸湿材料部，所述第二吸湿材料部固定在所述二维过渡金属硫属化合物层的下表面所述吸湿材料部的中部处。4.如权利要求3所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：所述吸湿材料部的表面为粗糙表面。5.如权利要求4所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：所述第二吸湿材料部的表面为粗糙表面。6.如权利要求5所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：所述第二吸湿材料部的中部厚，所述第二吸湿材料部的边缘薄。7.如权利要求6所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：所述第二吸湿材料部的尺寸小于所述吸湿材料部的尺寸。8.如权利要求1-7任一项所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：所述吸湿材料部和所述第二吸湿材料部的材料为聚酰亚胺。9.如权利要求8所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：所述二维过渡金属硫属化合物层的材料为硫化钼、碲化钼、硒化钼、硫化钨、碲化钨、硒化钨。10.如权利要求1-9任一项所述的基于吸湿材料的湿度探测装置，其特征在于：所述基底的材料为绝缘材料。

技术总结
本发明涉及湿度探测领域，具体提供了一种基于吸湿材料的湿度探测装置，凹槽设置在基底的表面，二维过渡金属硫属化合物层置于基底和凹槽上，二维过渡金属硫属化合物层覆盖凹槽，第一电极和第二电极分别置于二维过渡金属硫属化合物层上凹槽的两侧，吸湿材料部置于二维过渡金属硫属化合物层上凹槽的顶部。应用时，将本发明置于待测空间内，通过第一电极和第二电极测量二维过渡金属硫属化合物层导电特性的变化，实现待测湿度探测。本发明具有湿度探测灵敏度高的优点。测灵敏度高的优点。测灵敏度高的优点。


技术研发人员：刘翡琼
受保护的技术使用者：刘翡琼
技术研发日：2022.02.08
技术公布日：2022/5/25