碳納米管濕度傳感器敏感特性研究.pdf

1、濕度傳感器作為濕度信息的采集單元,已經(jīng)在環(huán)境監(jiān)測、倉庫存儲(chǔ)、工業(yè)生產(chǎn)、氣象等方面得到廣泛應(yīng)用,成為當(dāng)前最具實(shí)用性的傳感器之一。由于碳納米管具有比表面積大、吸附能力強(qiáng)、電學(xué)特性優(yōu)異等特點(diǎn),近年來一直受到濕度傳感器研究領(lǐng)域的關(guān)注。由碳納米管制作的濕度傳感器具有響應(yīng)速度快,靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),具有良好的發(fā)展前景。
　　本文首先針對(duì)目前直流電壓測試條件下的電阻型碳納米管濕度傳感器穩(wěn)定性相對(duì)較差的問題,提出采用交流信號(hào)對(duì)傳感器進(jìn)行檢測,并探討傳

2、感器工作原理與介質(zhì)介電弛豫效應(yīng)對(duì)傳感器電容與電阻的作用機(jī)制。根據(jù)上述分析結(jié)果,開展應(yīng)用介電弛豫原理的新型檢測方法研究,提出一種基于交流信號(hào)檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器。同時(shí),通過對(duì)介電弛豫基本模型的研究,在原有碳納米管濕度傳感器模型中引入了介電損耗產(chǎn)生的電導(dǎo),從而對(duì)傳感器原有模型進(jìn)行補(bǔ)充與完善。
　　為驗(yàn)證上述基于交流信號(hào)檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器的工作原理的正確性,制作了一種叉指電極式碳納米管濕度傳感器。分別對(duì)該傳感器電阻

3、與電容的頻率特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)隨測試頻率升高,敏感薄膜內(nèi)部毛細(xì)凝聚產(chǎn)生的液態(tài)水的極化率將降低,使傳感器電容隨濕度的變化量下降。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與傳感器電容頻率特性理論分析結(jié)果具有相同的規(guī)律性。同時(shí),當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生變化,傳感器電導(dǎo)的變化量隨頻率升高而增加,此時(shí)傳感器對(duì)環(huán)境濕度的敏感以介電弛豫效應(yīng)為主,實(shí)現(xiàn)了對(duì)所提出的基于交流信號(hào)檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　同時(shí),對(duì)基于交流信號(hào)檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器模型與傳感

4、器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,發(fā)現(xiàn)兩者擬合良好,從而驗(yàn)證了對(duì)基于交流信號(hào)檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器所建立模型的正確性。
　　最后,本文對(duì)所提出的基于交流信號(hào)檢測的電阻型碳納米管濕度傳感器性能進(jìn)行測試與分析。針對(duì)目前電阻型碳納米管濕度傳感器普遍存在穩(wěn)定性較差,電阻波動(dòng)較大的缺點(diǎn),重點(diǎn)分析了傳感器的穩(wěn)定性,提出利用提高測試頻率來提高傳感器穩(wěn)定性的方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,測試頻率200kHz時(shí)傳感器電阻隨時(shí)間波動(dòng)的相對(duì)變化量為500Hz時(shí)的1/4