一種聚酰亞胺(PI)感濕膜平行板電容式濕敏元件及其特性模擬研究.pdf

1、濕度測(cè)量和控制正日漸密切于社會(huì)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)輸、醫(yī)藥衛(wèi)生、國(guó)防科技、氣象預(yù)報(bào)等領(lǐng)域，具有優(yōu)異濕敏特性的濕度傳感元件是濕度精確測(cè)量和控制的先決條件。如呼吸系統(tǒng)疾病診斷、燃料電池汽車(chē)等一些領(lǐng)域，不但要求濕度傳感元件微型化、具有良好的靜態(tài)濕敏特性，且對(duì)其動(dòng)態(tài)濕敏特性提出了較高要求。
　　由于用途相對(duì)不廣、影響因素較復(fù)雜，濕敏元件的動(dòng)態(tài)濕敏特性的研究及成果相對(duì)滯后，與濕敏元件靜態(tài)濕敏特性的普遍關(guān)注和顯著進(jìn)步形成了較大反

2、差。主要表現(xiàn)為：（1）國(guó)內(nèi)外濕度傳感元件市場(chǎng)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間不夠快；（2）由于材料成本或工藝復(fù)雜等原因，快速響應(yīng)濕敏元件的研究成果難于量化；（3）因影響因素較多，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)微型濕敏元件動(dòng)態(tài)濕敏特性進(jìn)行全面研究難于實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)研究成果不能充分說(shuō)明各因素對(duì)濕敏元件動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響機(jī)理；（4）濕敏元件動(dòng)態(tài)特性的模擬研究較少，研究成果的利用價(jià)值不高，尤其對(duì)基于多孔上電極平行板電容式濕敏元件的數(shù)值研究幾乎沒(méi)有。
　　針對(duì)濕度測(cè)量和

3、控制領(lǐng)域存在的上述問(wèn)題，本文首先在充分分析平行板電容式濕敏元件動(dòng)態(tài)感濕機(jī)理及缺點(diǎn)的前提下，設(shè)計(jì)了基于孔狀上電極的平行板電容式濕敏元件；其次依據(jù)菲克第二擴(kuò)散定律、Shibata和Looyenga等方程，并考慮多孔介質(zhì)孔隙率對(duì)濕敏元件動(dòng)態(tài)特性的影響，構(gòu)建了模擬數(shù)值模型，采用Fluent軟件對(duì)各因素對(duì)濕敏元件動(dòng)態(tài)特性的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，包括上電極孔徑和間距、感濕薄膜厚度、薄膜有效擴(kuò)散系數(shù)等，得出了快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件的

4、最佳設(shè)計(jì)參數(shù)；然后，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，研制了快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件；最后對(duì)快速響應(yīng)孔狀上電極平行板電容式濕敏元件的靜、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
　　通過(guò)本文研究，可以得出以下結(jié)論：
　?。?）本文研制的孔狀上電極平行板電容式濕敏元件可以有效克服柵狀上電極平行板電容式濕敏元件結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的影響，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性更優(yōu)越。
　?。?）本文構(gòu)建的數(shù)值模型及方法，可有效用于平行板電容式濕敏元件濕敏特性的數(shù)值研