一种同步测量温度、压力、湿度的多功能传感器的制备方法及其应用与流程

技术特征：
1.一种同步测量温度、压力、湿度的多功能传感器的制备方法，包括如下步骤：(1)对高纯铝表面进行预处理，将预处理后的高纯铝片作为阳极，将钛板作为阴极，在高氯酸和无水乙醇的混合溶液中进行电化学抛光，得到表面平整的铝片；(2)以步骤(1)得到的铝片为阳极，以钛板为阴极，在磷酸和草酸的混合溶液中进行一次氧化；将一次氧化后带有铝基底的氧化铝膜放置在三氧化铬和磷酸的混合溶液中除去生成的氧化铝，得到表面带有规则凹坑的铝片；(3)将步骤(2)得到的铝片作为阳极，在与一次氧化条件相同的情况下进行阶梯降压阳极氧化，氧化结束后，在磷酸溶液中进行化学腐蚀，在铝片表面形成通孔阳极氧化铝模板；(4)采用化学原位聚合法将吡咯单体聚合到步骤(3)得到的通孔阳极氧化铝模板的孔壁上；(5)采用旋涂法将柔性高聚物溶液旋涂到步骤(4)得到的表面附有聚吡咯的通孔氧化铝模板上，并放置在真空干燥箱中真空条件下高温处理，所述柔性高聚物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚氨酯或聚丙烯腈；(6)将步骤(5)处理后的带有铝片的通孔阳极氧化铝模板置于盐酸和氯化铜的混合液中，去除铝片；(7)将表面附有聚吡咯和柔性高聚物的通孔阳极氧化铝模板放置于磷酸水溶液中去除通孔阳极氧化铝模板，得到规整多孔柔性导电膜；(8)将织物、步骤(7)得到的规整多孔柔性导电膜与织物叉指电极和超细导线进行封装，得到所述同步测量温度、压力、湿度的多功能传感器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述高纯铝片的纯度高于99％，所述的预处理包括：在丙酮中进行5
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15min的超声清洗，清洗干燥后，放置在1mol/l的naoh溶液中10
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20min，除去表面上的自然氧化层；所述高氯酸和无水乙醇的混合溶液由体积比为1:(3.5
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4.5)的高氯酸和无水乙醇混合而成，电压为20
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25v，抛光时间为4
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6min，温度为0～5℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，进行一次氧化时，所述混合溶液中草酸的浓度为0.01
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0.03m和稀磷酸的浓度为0.5
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2wt％，氧化电压为190
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210v，温度为0～5℃，氧化时间为3
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5h；去氧化膜用三氧化铬和磷酸的混合水溶液中含12
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20g/l的cro3和4
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10wt％的h3po4，温度为50
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80℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，氧化电压的初始电压范围为190
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210v，降压速率为1
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3v/min，降压的目标电压范围为0
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70v，所述磷酸溶液的浓度为3
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10wt％，腐蚀时间为3
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4h，温度为25
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45℃。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将锥型阳极氧化铝模板浸入浓度为0.03
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0.07m吡咯水溶液中磁力搅拌20
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40min，之后添加体积同等体积含有0.05
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0.12m对甲苯磺酸和0.05
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0.10m三氯化铁的混合水溶液，聚合时间40
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80min，该过程也在磁力搅拌条件下进行；所通孔阳极氧化铝模板上聚吡咯的厚度为10nm
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5μm。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述柔性高聚物的溶液的溶剂为n,n
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二甲基甲酰胺、溶质质量分数为10
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25wt％，旋涂机转速为500
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4000/min，旋涂时间为10
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30s，真空干燥箱温度为80
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160℃，时间为1.5
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3.5h；所述柔性高聚物涂层厚度为100nm
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100μm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述盐酸和氯化铜的混合溶液中，盐酸浓度为5
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25wt％，氯化铜浓度为0.05
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0.15mol/l。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)中，磷酸水溶液的质量分数为10
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30wt％，反应温度为20
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60℃，所述规整多孔柔性导电膜的孔径为50nm
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1000nm。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(8)中，所述织物电极的织物为机织物、针织物、非织造布或柔性高聚物薄膜，所述的织物电极的制备方法为采用丝网印刷将导电铜、金、铂或钛浆料涂覆到织物上，或采用磁控溅射法磁控的铜、铂、钛或它们的复合涂层电极涂覆到织物上，电极之间的间距为0.1
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5mm，所述传感器的封装方法为柔性织物胶带粘贴或采用热压法将柔性导电高聚物薄膜和织物电极粘合在一起。10.应用利用权利要求1
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9中任一项的方法制备的多功能传感器同步测量温度、压力、湿度的方法，包括以下步骤：(1)在不同压力、不同温度、不同湿度条件下测试所述多功能传感器的电化学阻抗谱；(2)构建测量所述电化学阻抗谱的等效电路模型；(3)利用步骤(1)所述的电化学阻抗谱和步骤(2)所述的等效电路模型，结合电化学软件拟合出所述等效电路模型的参数；(4)构建步骤(3)所述的等效电路模型参数与对应的压力、温度、湿度值的函数关系模型；(5)某个压力、温度和湿度条件下，测量所述多功能传感器的电化学阻抗谱，并拟合出其对应的等效电路模型的参数，应用步骤(4)所述的函数关系模型计算出所述条件下的压力、温度和湿度数据。

技术总结
本发明公开了一种同步测量温度、压力、湿度的多功能传感器的制备方法及其应用。首先，采用阶梯降压法制备出规整双通孔阳极氧化铝模板，之后以双通孔阳极氧化铝为模板采用化学原位聚合法将单体吡咯聚合到双通孔阳极氧化铝孔壁上，然后将聚氨酯溶液旋涂到镀有聚吡咯的双通孔阳极氧化铝上，再放置到磷酸水溶液中溶解掉双通孔阳极氧化铝，即得到高度规整的规整多孔柔性导电膜，将该导电膜与织物单面电极进行封装，得到一种同步测量温度、压力、湿度的多功能传感器。该方法工艺简单、成本低，制成的薄膜同时具备聚吡咯的导电性以及柔性高聚物的柔韧特性，制成的传感器尺寸小，对压力、温度、湿度的传感性能良好，且三者之间不存在耦合效应和相互串扰现象。合效应和相互串扰现象。合效应和相互串扰现象。


技术研发人员：刘皓 鲁亚稳 乔巨涛 何崟
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2021.07.14
技术公布日：2021/10/19