溫濕度傳感器及其制備方法、溫濕度測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器，包括：襯底；以及并列設(shè)置于所述襯底上的第一測量單元和第二測量單元；所述第一測量單元包括設(shè)置在所述襯底表面的第一電極和覆蓋所述第一電極的第一溫濕度感應(yīng)層；所述第二測量單元包括設(shè)置于所述襯底表面的第二電極、覆蓋所述第二電極的第二溫濕度感應(yīng)層和覆蓋所述第二溫濕度感應(yīng)層的阻水膜；其中，所述第一溫濕度感應(yīng)層和所述第二溫濕度感應(yīng)層均為含氧化石墨烯的溫濕度感應(yīng)層。上述溫濕度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)溫度和濕度的同時測量。本發(fā)明還涉及一種基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的制備方法和溫濕度測量系統(tǒng)。
【專利說明】
溫濕度傳感器及其制備方法、溫濕度測量系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及溫濕度檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器及其制備方法，還涉及一種溫濕度測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]溫濕度傳感器是一類能檢測環(huán)境溫濕度并轉(zhuǎn)換成輸出信號的傳感器，是應(yīng)用最廣泛的一類傳感器。經(jīng)過氧化的石墨烯表面含有大量的親水官能團(如羥基、羧基、羰基等)。這些親水官能團使氧化石墨烯與水的結(jié)合能力大大加強?；谘趸┑膫鞲衅魍瑫r受到溫度和濕度兩個因素的影響。因此，傳統(tǒng)的基于氧化石墨烯的傳感器通常需要與測溫元件配套使用，并不能實現(xiàn)溫度與濕度的同時測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]基于此，有必要提供一種能實現(xiàn)溫度和濕度的同時測量的基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器及其制備方法;還提供一種溫濕度測量系統(tǒng)。
[0004]—種基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器，包括:襯底；以及并列設(shè)置于所述襯底上的第一測量單元和第二測量單元;所述第一測量單元包括設(shè)置在所述襯底表面的第一電極和覆蓋所述第一電極的第一溫濕度感應(yīng)層;所述第二測量單元包括設(shè)置于所述襯底表面的第二電極、覆蓋所述第二電極的第二溫濕度感應(yīng)層和覆蓋所述第二溫濕度感應(yīng)層的阻水膜；其中，所述第一溫濕度感應(yīng)層和所述第二溫濕度感應(yīng)層均為含氧化石墨烯的溫濕度感應(yīng)層。
[0005]在其中一個實施例中，所述第一溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋所述第一電極;所述第二溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋所述第二電極;所述阻水膜完全覆蓋所述第二溫濕度感應(yīng)層且不與所述第一溫濕度感應(yīng)層接觸。
[0006]在其中一個實施例中，所述第一溫濕度感應(yīng)層和所述第二溫濕度感應(yīng)層由純氧化石墨烯組成或者由含氧化石墨烯的高分子材料復(fù)合而成。
[0007]在其中一個實施例中，所述第一電極和所述第二電極為并列的兩個叉指電極。
[0008]—種基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的制備方法，包括步驟:提供襯底;在所述襯底上制備并列的第一電極和第二電極;在所述第一電極上形成第一溫濕度感應(yīng)層，并在所述第二電極上形成第二溫濕度感應(yīng)層;所述第一溫濕度感應(yīng)層和所述第二溫濕度感應(yīng)層均為含氧化石墨烯的溫濕度感應(yīng)層;在所述第二溫濕度感應(yīng)層上形成阻水膜;所述第一電極和所述第一溫濕度感應(yīng)層形成第一測量單元;所述第二電極、所述第二溫濕度感應(yīng)層和所述阻水膜形成第二測量單元。
[0009]在其中一個實施例中，所述在所述第一電極上形成第一溫濕度感應(yīng)層，并在所述第二電極上形成第二溫濕度感應(yīng)層的步驟中，所述第二溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋所述第一電極;所述第二溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋所述第二電極;所述在所述第二溫濕度感應(yīng)層上形成阻水膜的步驟中，所述阻水膜完成覆蓋所述第二溫濕度感應(yīng)層且不與所述第一溫濕度感應(yīng)層接觸。
[0010]在其中一個實施例中，所述在所述襯底上分別制備并列的第一電極和第二電極的步驟包括:通過濺射或者蒸發(fā)一層金屬，并利用光刻和刻蝕工藝得到所述第一電極和所述第二電極，或通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電銀漿的工藝制備得到所述第一電極和所述第二電極。
[0011 ]在其中一個實施例中，所述在所述第一電極上形成第一溫濕度感應(yīng)層，并在所述第二電極上形成第二溫濕度感應(yīng)層的步驟包括:通過噴涂或者滴加含氧化石墨烯的溶液的方式在所述第一電極上形成第一溫濕度感應(yīng)層，在所述第二電極上形成第二溫濕度感應(yīng)層。
[0012]—種溫濕度測量系統(tǒng)，包括:如前述任一實施例所述的基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器;阻抗測量裝置，分別與所述第一電極和所述第二電極連接，以測量所述第一測量單元、所述第二測量單元的阻抗圖；以及處理器，與所述阻抗測量裝置連接，用于根據(jù)所述第一測量單元和所述第二測量單元的阻抗圖求取待測溫度和濕度。
[0013]在其中一個實施例中，所述處理器還用于存儲所述第一測量單元和所述第二測量單元的特征方程;所述特征方程用于表征第一測量單元或者所述第二測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻與溫度和濕度的函數(shù)關(guān)系；所述處理器還用于根據(jù)所述第一測量單元、所述第二測量單元的阻抗圖通過預(yù)設(shè)擬合電路獲得所述第一測量單元、所述第二測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻;所述處理器還用于根據(jù)獲得的電荷轉(zhuǎn)移電阻以及特征方程求取待測溫度和濕度。
[0014]上述基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器及其制備方法，在襯底上設(shè)置有并聯(lián)的第一測量單元和第二測量單元，且第二測量單元的第二溫濕度感應(yīng)層上設(shè)置有阻水膜，從而使其不易受到環(huán)境濕度的影響，進而實現(xiàn)溫度和濕度的同時測量，有效彌補了傳統(tǒng)的基于氧化石墨烯的傳感器只能測濕度的限制。
【附圖說明】
[0015]圖1為一實施例中的基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為一實施例中的基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的制備方法的流程圖；
[0017]圖3為一實施例中的溫濕度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4A-圖41為第一測量單元在不同溫度和濕度下的阻抗圖；
[0019]圖5為擬合電路(Q(RW))的示意圖；
[0020]圖6為擬合電路(Q(RQ))的示意圖；
[0021 ]圖7為擬合電路(Q(RQ)) (RQ)的示意圖；
[0022]圖8為第一測量單元根據(jù)特征方程的擬合效果3D圖；
[0023]圖9為將_(a*T+b*RH)作為自變量時第一測量單元的擬合效果圖；
[0024]圖10為將_(a*T+b*RH)作為自變量時第二測量單元的擬合效果圖；
[0025]圖11為一具體實施例中的溫濕度測量系統(tǒng)測量溫度T和濕度RH的流程圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個元件，它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個元件被認(rèn)為是“連接”另一個元件，它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“豎直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。
[0028]除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0029]圖1為一實施例中的基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器(以下簡稱溫濕度傳感器)的結(jié)構(gòu)示意圖，該溫濕度傳感器可以同時進行溫度和濕度的測量。在本案中，濕度均指相對濕度。該溫濕度傳感器包括襯底110、以及并列設(shè)置于襯底110上的第一測量單元120和第二測量單元130。
[0030]襯底110為絕緣結(jié)構(gòu)，其可以為絕緣塑料等柔性材料，從而應(yīng)用于有形變的特殊場所。襯底110也可以是玻璃、陶瓷、帶二氧化硅層的硅片等剛性材料。在本實施例中，襯底110為表面形成有一層二氧化硅層的硅片。
[0031]第一測量單元120和第二測量單元130并列設(shè)置于襯底110表面，從而使得各自的測量過程相對獨立，不會相互影響，有利于提高測量的準(zhǔn)確性。并且，將兩個測量單元并聯(lián)設(shè)置可以避免重疊設(shè)置時位于底層的測量單元包埋較深，從而導(dǎo)致測量響應(yīng)速度較慢的情況發(fā)生。第一測量單元120包括設(shè)置于襯底110表面的第一電極122和覆蓋在第一電極122上的第一溫濕度感應(yīng)層124。第二測量單元130則包括第二電極132、覆蓋在第二電極132上的第二溫濕度感應(yīng)層134和覆蓋在第二溫濕度感應(yīng)層134上的阻水膜136。其中，第一電極122和第二電極132均為并列兩個的叉指電極，即第一電極122和第二電極132均為叉指電極，且并列設(shè)置。第一電極122和第二電極132可通過在襯底110上濺射或者蒸發(fā)一層金屬，并利用光刻和刻蝕工藝使之圖形化來制備得到。第一電極122和第二電極132還可以通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電銀漿的方法得到。第一溫濕度感應(yīng)層124和第二溫濕度感應(yīng)層134均為含有氧化石墨烯的溫濕度感應(yīng)層。具體地，溫濕度感應(yīng)層可以由純氧化石墨烯組成，也可以由氧化石墨烯與其他高分子材料按照一定比例復(fù)合而成，即由含有氧化石墨烯的高分子材料復(fù)合而成。在本實施例中，第一溫濕度感應(yīng)層124完全覆蓋第一電極122，第二溫濕度感應(yīng)層134則完全覆蓋第二電極132。在其他的實施例中，溫濕度感應(yīng)層也可以部分覆蓋電極，此時電極仍能夠正常工作。阻水膜136為阻水高分子膜。阻水膜136完全覆蓋第二溫濕度感應(yīng)層134，從而使得第二溫濕度感應(yīng)層134不與測量環(huán)境相接觸，以改變第二測量單元130受溫濕度尤其是濕度的影響。因此，第二測量單元130對溫度較為敏感，第一測量單元120中的第一溫濕度感應(yīng)層124直接與測量環(huán)境接觸，其對濕度較為敏感。在本實施例中，阻水膜136不與第一溫濕度感應(yīng)層124接觸，從而確保第一測量單元120和第二測量單元130之間的相對獨立性，減少二者之間的測量干擾，提高測量的準(zhǔn)確度。
[0032]上述基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器，在襯底110上設(shè)置有并聯(lián)的第一測量單元120和第二測量單元130，且第二測量單元130的第二溫濕度感應(yīng)層134上設(shè)置有阻水膜136，從而使其不易受到環(huán)境濕度的影響，進而實現(xiàn)溫度和濕度的同時測量，有效彌補了傳統(tǒng)的基于氧化石墨烯的傳感器只能測濕度的限制。其次，通過將兩個測量單元并聯(lián)設(shè)置可以避免重疊設(shè)置時位于底層的測量單元包埋較深的情況發(fā)生，測量響應(yīng)速度較快。上述基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，方便加工。
[0033]圖2為一實施例中的基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的制備方法的流程圖，包括以下步驟。
[0034]S210，提供襯底。
[0035]襯底為絕緣結(jié)構(gòu)，其可以為絕緣塑料等柔性材料，從而應(yīng)用于有形變的特殊場所。襯底也可以是玻璃、陶瓷、帶二氧化硅層的硅片等剛性材料。在本實施例中，襯底為表面形成有一層二氧化硅層的硅片。
[0036]S220，在襯底上制備并列的第一電極和第二電極。
[0037]通過在硅片上濺射一層金屬，并利用光刻和刻蝕工藝使之圖形化，形成第一電極和第二電極圖形。在本實施例中，第一電極和第二電均為叉指電極且并列設(shè)置。在其他的實施例中，第一電極和第二電極還可以通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電銀漿的方法得到。
[0038]S230，制備第一溫濕度感應(yīng)層和第二溫濕度感應(yīng)層。
[0039]通過滴加含氧化石墨烯的溶液的方式在電極上形成含氧化石墨烯的溫濕度感應(yīng)層。具體地，含氧化石墨烯的溶液可以為純氧化石墨烯的溶液或者由氧化石墨烯和其他高分子材料按一定比例復(fù)合而成的溶液。在第一電極上形成覆蓋第一電極的第一溫濕度感應(yīng)層，在第二電極上形成覆蓋第二電極的第二溫濕度感應(yīng)層。在本實施例中，第一溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋第一電極，第二溫濕度感應(yīng)層則完全覆蓋第二電極。在其他的實施例中，溫濕度感應(yīng)層也可以部分覆蓋電極，此時電極仍能夠正常工作。
[0040]S240，在第二溫濕度感應(yīng)層上形成阻水膜。
[0041]在第二溫濕度感應(yīng)層上滴加二甲基硅烷前體并固化后形成阻水高分子膜。在其他的實施例中，可以采用其他高分子材料制備阻水膜。第一電極和第一溫濕度感應(yīng)層形成第一測量單元。第二電極、第二溫濕度感應(yīng)層和阻水膜形成第二測量單元。阻水膜完全覆蓋第二溫濕度感應(yīng)層，從而使得第二溫濕度感應(yīng)層不與測量環(huán)境相接觸，以改變第二測量單元受溫濕度尤其是濕度的影響。因此，第二測量單元對溫度較為敏感，第一測量單元中的第一溫濕度感應(yīng)層直接與測量環(huán)境接觸，其對濕度較為敏感。在本實施例中，阻水膜不與第一溫濕度感應(yīng)層接觸，從而確保第一測量單元和第二測量單元之間的相對獨立性，減少二者之間的測量干擾，提供測量的準(zhǔn)確度。
[0042]上述基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的制備方法，在襯底上設(shè)置有并聯(lián)的第一測量單元和第二測量單元，且在第二測量單元的第二溫濕度感應(yīng)層上設(shè)置阻水膜，從而使其不易受到環(huán)境濕度的影響，進而實現(xiàn)溫度和濕度的同時測量，有效彌補了傳統(tǒng)的基于氧化石墨烯的傳感器只能測濕度的限制。其次，通過將兩個測量單元并聯(lián)設(shè)置可以避免重疊設(shè)置時，位于底層的測量單元包埋較深的情況發(fā)生，從而使得測量響應(yīng)速度較快。上述基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，兼容集成電路工藝，可方便大規(guī)模生產(chǎn)。
[0043]圖3為一實施例中的溫濕度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。該溫濕度測量系統(tǒng)包括前述任一實施例所述的溫濕度傳感器310、阻抗測量裝置320以及處理器330。其中，阻抗測量裝置320分別與溫濕度傳感器310中的第一電極和第二電極連接，以對第一測量單元和第二測量單元的阻抗圖進行檢測并輸出給處理器330。阻抗測量裝置320采用電化學(xué)阻抗譜的測量方法進行測量，即給器件施加一個頻率不同的小振幅的交流信號，測量交流信號電壓和電流比值(此比值即為系統(tǒng)的阻抗)隨正弦波頻率ω的變化。由于施加的信號和測量的信號存在一個相位角的差，所以電阻以一個復(fù)數(shù)的形式表征，阻抗圖的橫坐標(biāo)為阻抗的實部，縱坐標(biāo)為阻抗的虛部。處理器330用于根據(jù)檢測到的阻抗圖求取待測環(huán)境的溫度和濕度。具體地，處理器330會預(yù)先求取出第一測量單元和第二測量單元的特征方程并存儲。特征方程用于表征測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻與溫度和濕度之間的函數(shù)關(guān)系。測量單元的特征方程形式如下:
[0044]1g(Rct) = zo-a*T_b*RH (I)。
[0045]其中T表示溫度，RH表示濕度。因此，需要分別通過擬合電路預(yù)先擬合出第一測試單元和第二測試單元對應(yīng)的特征參數(shù)zo、a和b。特征參數(shù)zo、a和b的求取過程如下:先分別測量兩個測量單元在20/40/60°C下，相對濕度為25/55/85%時20Hz?IMHz之間的阻抗圖。圖4A-圖41為第一測量單元在不同溫度和濕度下的阻抗圖。根據(jù)檢測到的阻抗圖以及對應(yīng)的濕度確定擬合電路以獲得對應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct，從而將溫度T、濕度RH以及電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct帶入到(I)中以求取出特征參數(shù)zo、a和b。具體地，對于第一測量單元而言，當(dāng)待測環(huán)境的濕度RH低于45%時，則使用圖5中的擬合電路(Q(RW))擬合得到Rctl;當(dāng)待測環(huán)境的濕度RH高于45%時，使用圖6中的擬合電路(Q(RQ))得到Rctl。對于第二測量單元而言，當(dāng)待測環(huán)境的濕度RH低于45%時，使用圖5中的擬合電路(Q(RW))擬合得到Rct2;當(dāng)待測環(huán)境的濕度RH介于45%?75%之間時，使用圖6中的擬合電路(Q(RQ))擬合得至IjRct2;當(dāng)待測環(huán)境的濕度RH高于75 %時，則采用圖7中的擬合電路(Q(RQ)) (RQ)進行擬合得到Rc^。擬合電路中，Q表示常相位元件，W指Warburg元件，用來表征半無限擴散過程，是常相位元件的η值等于0.5的情況。擬合第一測量單元和第二測量單元的情況可以根據(jù)具體工藝條件下所測得的實際阻抗圖確定。擬合電路也可以根據(jù)實際需要進行相應(yīng)的變形，并不限于上述介紹。分別擬合出第一測量單元和第二測量單元的特征方程，擬合得到的第一測量單元的特征方程如下:
[0046]1g(Rct) =6.87046-0.00631*T-0.04519*RH (2)；
[0047]第二測量單元的特征方程如下:
[0048]1g(Rct) =9.09023-0.02226*T-0.06135*RH (3)。
[0049]因此，處理器330會根據(jù)阻抗測量裝置320檢測到的阻抗圖，通過擬合電路獲得對應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct。具體地，處理器330根據(jù)檢測到的第一測量單元的阻抗圖，采用某一擬合電路進行擬合以得到第一測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rm。將Rm帶入到公式(2)中，從而估算出待測環(huán)境的濕度RH1(待測環(huán)境的溫度T采用經(jīng)驗估算值，或者溫濕度測量系統(tǒng)的溫度測量范圍的中間值)。根據(jù)估算得到的濕度RH1可以校驗采用當(dāng)前的擬合電路進行擬合是否合適。例如，采用圖6中的擬合電路進行擬合，估算出的濕度RH1大于45%，則表示采用當(dāng)前的擬合電路合適，否則可以確定采用當(dāng)前的擬合電路并不合適，需要根據(jù)估算的濕度RH1重新確定擬合電路，并得到新的Rctl和新的RH1。根據(jù)貤確定第二測量單元的擬合電路，從而擬合得到Rct2。處理器330根據(jù)擬合得到的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rctl帶入到方程(2)中，并將Rct2帶入到方程(3)中從而聯(lián)立方程(2)(3)即可求取出溫度T和濕度RH。圖8是第一測量單元根據(jù)特征方程(2)的擬合效果3D圖，圖9是將_(a*T+b+*RH)作為自變量時第一測量單元的擬合效果圖，圖10是將_(a*T+b+*RH)作為自變量時第二測量單元的擬合效果圖。從上圖可以看出，采用特征方程(2)(3)來進行擬合使得測量結(jié)果與真實值較為吻合，滿足測量精度需求。
[0050]上述溫濕度測量系統(tǒng)能夠同時實現(xiàn)溫度和濕度的測量，且結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。
[0051]圖11為一具體實施例中，溫濕度測量系統(tǒng)測量溫度T和濕度RH的流程圖，包括下列步驟。
[0052]S102，分別測量第一測量單元和第二測量單元的阻抗圖。
[0053]通過阻抗檢測裝置分別測量第一測量單元和第二測量單元的阻抗圖。
[0054]S104，將第一測量單元的阻抗圖用擬合電路(Q(RQ))擬合，得到第一測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rcti。
[0055]S106，將電荷轉(zhuǎn)移電阻Rctl帶入第一測量單元的特征方程中，取溫度T為50°C，求得濕度RHi。
[0056]溫度T的選取為經(jīng)驗值的取用，也可以采用溫濕度測量系統(tǒng)的溫度測量范圍的中間值，從而估算出濕度RHu
[0057]3108，判斷濕度1^是否小于45%。
[0058]若濕度冊1小于45%，則執(zhí)行步驟3110，否則執(zhí)行3114。
[0059]S110，采用擬合電路(Q(RW))擬合得到第一測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rctl,并用擬合電路(Q(RW))擬合得到第二測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rrt2。
[0060]根據(jù)估算出的濕度RHdP可確認(rèn)該采用哪種擬合電路對第一測量單元和第二測量單元進行擬合，從而得到對應(yīng)的電荷轉(zhuǎn)移電阻。
[0061 ] SI 12，將第一測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rctl和第二測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct2帶入到對應(yīng)的特征方程中，聯(lián)立求得溫度T和濕度RH。
[0062]SI 14，判斷濕度冊丨是否小于75 %。
[0063]若濕度冊1小于75 %則執(zhí)行SI 16，否則執(zhí)行SI 18。
[0064]S116，采用擬合電路(Q(RQ))擬合得到第二測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct2。
[0065]執(zhí)行完步驟S116后，即可將電荷轉(zhuǎn)移電阻RctJPRct2帶入對應(yīng)的特征方程中，并聯(lián)立求得溫度T和濕度RH，即執(zhí)行SI 12。
[0066]S118，采用擬合電路(Q(RQ)) (RQ)擬合得到第二測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct2。
[0067]執(zhí)行完步驟S118后，即可將電荷轉(zhuǎn)移電阻RctJPRct2帶入對應(yīng)的特征方程中，并聯(lián)立求得溫度T和濕度RH，即執(zhí)行SI 12。
[0068]在另一實施例中，阻抗測量裝置320也可以采用一個測量頻率進行測量，此時，只需要測量該頻率下的阻抗實部，即可根據(jù)頻率以及阻抗實部獲取對應(yīng)的阻抗虛部，從而通過上述擬合方式進行擬合，進而求取出溫度T和濕度RH。
[0069]以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。
[0070]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器，其特征在于，包括: 襯底；以及 并列設(shè)置于所述襯底上的第一測量單元和第二測量單元； 所述第一測量單元包括設(shè)置在所述襯底表面的第一電極和覆蓋所述第一電極的第一溫濕度感應(yīng)層； 所述第二測量單元包括設(shè)置于所述襯底表面的第二電極、覆蓋所述第二電極的第二溫濕度感應(yīng)層和覆蓋所述第二溫濕度感應(yīng)層的阻水膜;其中，所述第一溫濕度感應(yīng)層和所述第二溫濕度感應(yīng)層均為含氧化石墨烯的溫濕度感應(yīng)層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫濕度傳感器，其特征在于，所述第一溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋所述第一電極;所述第二溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋所述第二電極;所述阻水膜完全覆蓋所述第二溫濕度感應(yīng)層且不與所述第一溫濕度感應(yīng)層接觸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫濕度傳感器，其特征在于，所述第一溫濕度感應(yīng)層和所述第二溫濕度感應(yīng)層由純氧化石墨烯組成或者由含氧化石墨烯的高分子材料復(fù)合而成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫濕度傳感器，其特征在于，所述第一電極和所述第二電極為并列的兩個叉指電極。5.—種基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器的制備方法，包括步驟: 提供襯底； 在所述襯底上制備并列的第一電極和第二電極； 在所述第一電極上形成第一溫濕度感應(yīng)層，并在所述第二電極上形成第二溫濕度感應(yīng)層;所述第一溫濕度感應(yīng)層和所述第二溫濕度感應(yīng)層均為含氧化石墨烯的溫濕度感應(yīng)層； 在所述第二溫濕度感應(yīng)層上形成阻水膜;所述第一電極和所述第一溫濕度感應(yīng)層形成第一測量單元;所述第二電極、所述第二溫濕度感應(yīng)層和所述阻水膜形成第二測量單元。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述第一電極上形成第一溫濕度感應(yīng)層，并在所述第二電極上形成第二溫濕度感應(yīng)層的步驟中，所述第二溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋所述第一電極;所述第二溫濕度感應(yīng)層完全覆蓋所述第二電極； 所述在所述第二溫濕度感應(yīng)層上形成阻水膜的步驟中，所述阻水膜完成覆蓋所述第二溫濕度感應(yīng)層且不與所述第一溫濕度感應(yīng)層接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述襯底上分別制備并列的第一電極和第二電極的步驟包括:通過濺射或者蒸發(fā)一層金屬，并利用光刻和刻蝕工藝得到所述第一電極和所述第二電極，或通過絲網(wǎng)印刷導(dǎo)電銀漿的工藝制備得到所述第一電極和所述第二電極。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述第一電極上形成第一溫濕度感應(yīng)層，并在所述第二電極上形成第二溫濕度感應(yīng)層的步驟包括:通過噴涂或者滴加含氧化石墨烯的溶液的方式在所述第一電極上形成第一溫濕度感應(yīng)層，在所述第二電極上形成第二溫濕度感應(yīng)層。9.一種溫濕度測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 如權(quán)利要求1?4任一所述的基于氧化石墨烯的溫濕度傳感器； 阻抗測量裝置，分別與所述第一電極和所述第二電極連接，以測量所述第一測量單元、所述第二測量單元的阻抗圖；以及 處理器，與所述阻抗測量裝置連接，用于根據(jù)所述第一測量單元和所述第二測量單元的阻抗圖求取待測溫度和濕度。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溫濕度測量系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器還用于存儲所述第一測量單元和所述第二測量單元的特征方程;所述特征方程用于表征第一測量單元或者所述第二測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻與溫度和濕度的函數(shù)關(guān)系;所述處理器還用于根據(jù)所述第一測量單元、所述第二測量單元的阻抗圖通過預(yù)設(shè)擬合電路獲得所述第一測量單元、所述第二測量單元的電荷轉(zhuǎn)移電阻;所述處理器還用于根據(jù)獲得的電荷轉(zhuǎn)移電阻以及特征方程求取待測溫度和濕度。
【文檔編號】G01D21/02GK105841739SQ201610176618
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】汪飛, 冷小輝
【申請人】南方科技大學(xué)